李艷霞

摘要：本文介紹了一種小型化、通用化的測控通信視頻采集設(shè)備測試儀器，此儀器采用基于Nios II處理器設(shè)計(jì)，無須外部操作系統(tǒng)干預(yù)，即可實(shí)現(xiàn)與外部總線信號(hào)轉(zhuǎn)換。本文詳細(xì)介紹了該處理器的原理實(shí)現(xiàn)、硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：Nios II處理器 視頻信號(hào) 測試技術(shù)

筆者介紹了一種采用基于Nios II處理器設(shè)計(jì)的視頻信號(hào)測試儀器，用來實(shí)現(xiàn)測控通信視頻采集器測試設(shè)備的小型化和通用化。

一、原理實(shí)現(xiàn)

標(biāo)準(zhǔn)的電視信號(hào)制式有PAL、NTSC等，全電視信號(hào)包含圖像信號(hào)、行同步信號(hào)、場同步信號(hào)以及復(fù)合消隱信號(hào)等，圖1為PAL制式的全電視信號(hào)波形圖。

全電視信號(hào)的產(chǎn)生一般采用全定制芯片實(shí)現(xiàn)，導(dǎo)致信號(hào)產(chǎn)生設(shè)備體積大，且通用性差。如圖2所示，為了模擬產(chǎn)生全電視信號(hào)，筆者將場同步信息、行同步信息、消隱信息注入圖像數(shù)據(jù)內(nèi)，產(chǎn)生全電視信號(hào)數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)同步信號(hào)，并將產(chǎn)生的全電視信號(hào)數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)同步信號(hào)輸送到DA器件，轉(zhuǎn)換成PAL制式的全電視信號(hào)。采用這種方式實(shí)現(xiàn)的視頻信號(hào)測試設(shè)備不僅具有小型化特點(diǎn)，還可以實(shí)現(xiàn)多種信號(hào)的模擬，具有一定的通用性。

標(biāo)準(zhǔn)測試圖像數(shù)據(jù)一般包括灰度測試圖像數(shù)據(jù)、分辨率測試圖像數(shù)據(jù)、綜合測試圖像數(shù)據(jù)，用來檢測灰度、分辨率以及運(yùn)動(dòng)和靜止?fàn)顟B(tài)下的圖像總體質(zhì)量，圖3為兩幅標(biāo)準(zhǔn)測試圖像。

二、硬件設(shè)計(jì)

1.硬件實(shí)現(xiàn)

硬件實(shí)現(xiàn)采用了阿爾特拉公司的EP2C35實(shí)現(xiàn)，外部擴(kuò)展FLASH、SDRAM存儲(chǔ)芯片。全電視信號(hào)數(shù)據(jù)及同步信號(hào)輸出給DA芯片，經(jīng)過模擬濾波器后輸出全電視信號(hào)。其中，濾波器的設(shè)計(jì)要根據(jù)產(chǎn)生的全電視信號(hào)的實(shí)際帶寬，如圖4所示。

2.Nios II CPU配置

Nios II軟核處理器有三種類型：經(jīng)濟(jì)型內(nèi)核“Nios II/e”、標(biāo)準(zhǔn)型內(nèi)核“Nios II/ s”和快速型內(nèi)核“Nios II/f”。如圖5所示，不同類型的處理器內(nèi)核具有不同的功能和技術(shù)指標(biāo)。當(dāng)然，在獲得強(qiáng)功能和高技術(shù)指標(biāo)的同時(shí)，處理器需要付出較多的邏輯資源，使用過程也會(huì)變得更加復(fù)雜。在這里，筆者選擇標(biāo)準(zhǔn)型內(nèi)核進(jìn)行設(shè)計(jì)。

通過SOPC Builder工具，筆者完成了對(duì)CPU主頻以及需要實(shí)現(xiàn)的RAM、總線接口、IO接口等設(shè)置，如圖6所示。設(shè)置完成后，軟件會(huì)自動(dòng)進(jìn)行編譯，編譯完成后生成ptf文件，然后直接進(jìn)入Nios II IDE界面，創(chuàng)建工程進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)。

三、軟件設(shè)計(jì)

Nios II IDE使用標(biāo)準(zhǔn)的C/C++作為編程語言。利用Nios II IDE創(chuàng)建工程后，會(huì)包含系統(tǒng)自帶庫文件、自動(dòng)生成的system.h文件和工程源文件，如圖8所示。圖9為采用Quartus II軟件仿真實(shí)現(xiàn)的時(shí)序圖。

軟件流程圖如圖10所示，在每次上電復(fù)位后，儀器首先進(jìn)行初始化，包括對(duì)IO及總線等資源進(jìn)行配置工作。初始化完成后，等待總線的命令輸入，得到總線的輸入命令后，按照總線的設(shè)置參數(shù)選擇測試圖像，選擇視頻的格式，最后啟動(dòng)視頻信號(hào)的輸出。

四、結(jié)束語

基于Nios II技術(shù)實(shí)現(xiàn)的視頻信號(hào)測試儀器，在不改變硬件的情況下，可以通過軟件的靈活配置，實(shí)現(xiàn)功能的升級(jí)，使得測試設(shè)備更加小型化和通用化。同時(shí)，該測試儀器可以通過軟件升級(jí)，實(shí)現(xiàn)故障信息注入，從而模擬在不同環(huán)境下存在干擾的視頻信號(hào)，對(duì)測控通信采集設(shè)備進(jìn)行測試。

參考文獻(xiàn)：

[1]赫建國.基于Nios II內(nèi)核的FPGA電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010.

（作者單位：臨汾職業(yè)技術(shù)學(xué)院）