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摘要:本文介绍了一种小型化、通用化的测控通信视频采集设备测试仪器,此仪器采用基于Nios II处理器设计,无须外部操作系统干预,即可实现与外部总线信号转换。本文详细介绍了该处理器的原理实现、硬件设计和软件设计。
关键词:Nios II处理器 视频信号 测试技术
笔者介绍了一种采用基于Nios II处理器设计的视频信号测试仪器,用来实现测控通信视频采集器测试设备的小型化和通用化。
一、原理实现
标准的电视信号制式有PAL、NTSC等,全电视信号包含图像信号、行同步信号、场同步信号以及复合消隐信号等,图1为PAL制式的全电视信号波形图。
全电视信号的产生一般采用全定制芯片实现,导致信号产生设备体积大,且通用性差。如图2所示,为了模拟产生全电视信号,笔者将场同步信息、行同步信息、消隱信息注入图像数据内,产生全电视信号数据和数据同步信号,并将产生的全电视信号数据和数据同步信号输送到DA器件,转换成PAL制式的全电视信号。采用这种方式实现的视频信号测试设备不仅具有小型化特点,还可以实现多种信号的模拟,具有一定的通用性。
标准测试图像数据一般包括灰度测试图像数据、分辨率测试图像数据、综合测试图像数据,用来检测灰度、分辨率以及运动和静止状态下的图像总体质量,图3为两幅标准测试图像。
二、硬件设计
1.硬件实现
硬件实现采用了阿尔特拉公司的EP2C35实现,外部扩展FLASH、SDRAM存储芯片。全电视信号数据及同步信号输出给DA芯片,经过模拟滤波器后输出全电视信号。其中,滤波器的设计要根据产生的全电视信号的实际带宽,如图4所示。
2.Nios II CPU配置
Nios II软核处理器有三种类型:经济型内核“Nios II/e”、标准型内核“Nios II/ s”和快速型内核“Nios II/f”。如图5所示,不同类型的处理器内核具有不同的功能和技术指标。当然,在获得强功能和高技术指标的同时,处理器需要付出较多的逻辑资源,使用过程也会变得更加复杂。在这里,笔者选择标准型内核进行设计。
通过SOPC Builder工具,笔者完成了对CPU主频以及需要实现的RAM、总线接口、IO接口等设置,如图6所示。设置完成后,软件会自动进行编译,编译完成后生成ptf文件,然后直接进入Nios II IDE界面,创建工程进行软件设计。
三、软件设计
Nios II IDE使用标准的C/C 作为编程语言。利用Nios II IDE创建工程后,会包含系统自带库文件、自动生成的system.h文件和工程源文件,如图8所示。图9为采用Quartus II软件仿真实现的时序图。
软件流程图如图10所示,在每次上电复位后,仪器首先进行初始化,包括对IO及总线等资源进行配置工作。初始化完成后,等待总线的命令输入,得到总线的输入命令后,按照总线的设置参数选择测试图像,选择视频的格式,最后启动视频信号的输出。
四、结束语
基于Nios II技术实现的视频信号测试仪器,在不改变硬件的情况下,可以通过软件的灵活配置,实现功能的升级,使得测试设备更加小型化和通用化。同时,该测试仪器可以通过软件升级,实现故障信息注入,从而模拟在不同环境下存在干扰的视频信号,对测控通信采集设备进行测试。
参考文献:
[1]赫建国.基于Nios II内核的FPGA电路系统设计[M].北京:电子工业出版社,2010.
(作者单位:临汾职业技术学院)
关键词:Nios II处理器 视频信号 测试技术
笔者介绍了一种采用基于Nios II处理器设计的视频信号测试仪器,用来实现测控通信视频采集器测试设备的小型化和通用化。
一、原理实现
标准的电视信号制式有PAL、NTSC等,全电视信号包含图像信号、行同步信号、场同步信号以及复合消隐信号等,图1为PAL制式的全电视信号波形图。
全电视信号的产生一般采用全定制芯片实现,导致信号产生设备体积大,且通用性差。如图2所示,为了模拟产生全电视信号,笔者将场同步信息、行同步信息、消隱信息注入图像数据内,产生全电视信号数据和数据同步信号,并将产生的全电视信号数据和数据同步信号输送到DA器件,转换成PAL制式的全电视信号。采用这种方式实现的视频信号测试设备不仅具有小型化特点,还可以实现多种信号的模拟,具有一定的通用性。
标准测试图像数据一般包括灰度测试图像数据、分辨率测试图像数据、综合测试图像数据,用来检测灰度、分辨率以及运动和静止状态下的图像总体质量,图3为两幅标准测试图像。
二、硬件设计
1.硬件实现
硬件实现采用了阿尔特拉公司的EP2C35实现,外部扩展FLASH、SDRAM存储芯片。全电视信号数据及同步信号输出给DA芯片,经过模拟滤波器后输出全电视信号。其中,滤波器的设计要根据产生的全电视信号的实际带宽,如图4所示。
2.Nios II CPU配置
Nios II软核处理器有三种类型:经济型内核“Nios II/e”、标准型内核“Nios II/ s”和快速型内核“Nios II/f”。如图5所示,不同类型的处理器内核具有不同的功能和技术指标。当然,在获得强功能和高技术指标的同时,处理器需要付出较多的逻辑资源,使用过程也会变得更加复杂。在这里,笔者选择标准型内核进行设计。
通过SOPC Builder工具,笔者完成了对CPU主频以及需要实现的RAM、总线接口、IO接口等设置,如图6所示。设置完成后,软件会自动进行编译,编译完成后生成ptf文件,然后直接进入Nios II IDE界面,创建工程进行软件设计。
三、软件设计
Nios II IDE使用标准的C/C 作为编程语言。利用Nios II IDE创建工程后,会包含系统自带库文件、自动生成的system.h文件和工程源文件,如图8所示。图9为采用Quartus II软件仿真实现的时序图。
软件流程图如图10所示,在每次上电复位后,仪器首先进行初始化,包括对IO及总线等资源进行配置工作。初始化完成后,等待总线的命令输入,得到总线的输入命令后,按照总线的设置参数选择测试图像,选择视频的格式,最后启动视频信号的输出。
四、结束语
基于Nios II技术实现的视频信号测试仪器,在不改变硬件的情况下,可以通过软件的灵活配置,实现功能的升级,使得测试设备更加小型化和通用化。同时,该测试仪器可以通过软件升级,实现故障信息注入,从而模拟在不同环境下存在干扰的视频信号,对测控通信采集设备进行测试。
参考文献:
[1]赫建国.基于Nios II内核的FPGA电路系统设计[M].北京:电子工业出版社,2010.
(作者单位:临汾职业技术学院)