（信号与信息处理专业论文）基于pda的数字视频信道接收系统设计与实现.pdf

摘要 i ( 数字) 数据广播具有“海量推送，高速下载，安全可靠”的技术领先性，有 其它通信方式和模拟数据广播不能比拟的优点，在最近几年获得了迅猛的发展。， 本项目设计是电子科技大学与上海i n t e l 公司合作的基于p d a 的数字视频信 道接收系统。采用数字地面电视d v b t c o f d m 技术设计制作信道接收机，本文 称其为p d a 的接收板，并设计基于p d a 操作系统w i n c e ( w i n d o w sc e ) 驱动程序， 通过定制操作系统的方式载入p d a ，实现数字视频的移动接收 接收板采用基于p h i l i p 公司的t d a l 0 0 4 6 的d t q 一1 a 数字调谐器、a l t e r a 公 司的a c e x 系列e p l k 3 0 q c 2 0 8 以及i d t 公司的i d t 7 2 0 6 的先进先出存储器( f i f o ) ， 辅以自己编写的通信控制程序，以及基于w i n c e 驱动程序开发和上层应用程序开 发，实现了数字地面电视广播的接收、解调、解码、及播放等一系列功能。 本人主要从事系统设计，接收板硬件原理图及印制电路板( p c b ) 设计制作 并调试，f p g a 控制程序设计，w i n c e 部分驱动程序开发和系统联调等工作。本文 在介绍数字地面电视广播( d v b t ) 相关标准的基础上，阐述了系统总体设计， 软硬件实现具体方案与原理。 关键词：d v b t ，p d a ，w i n c e ，f p g a ，f i f o l ，。 、，o o a b s t r a c t d a t a b r o a d c a s t i n g ，w h i c h b o a s t st h et e c h n i c a l a d v a n t a g e so f “m a g n a n i m i t y , h i g h s p e e d a n d r e l i a b i l i t y ”，i sh i g h l y v a l u e dw h e n c o m p a r e d t ot h eo t h e r c o m m u n i c a t i o nm e t h o d sa n dt h eo l d - f a s h i o n e da n a l o gb r o a d c a s t i n gs y s t e m s ，a n dh a s d e v e l o p e dr a p i d l yf o rt h er e c e n ts e v e r a ly e a r s i nt h i sp r o j e c t ，ad v b - tb a s e dt e r r e s t r i a ld a t a - b r o a d c a s t i n gs y s t e m s r e c e i v i n gc a r d i sm a d ew i t ht h e c o o p e r a t i o n o fu e s t c ( u n i v e r s i t yo fe l e c t r o n i cs c i e n c ea n d t e c h n o l o g yo fc h i n a ) a n dc o i n t e li ns h a n g h a i t h i sp r o j e c ti so r i e n t e df o rt h e i m p l e m e n t a t i o no ft h er e c e i v i n ge n do fd v b tc h a n n e l ，a n dp d ar e c e i v i n gc a r d b a s e dw i n c e ( w i n d o w sc e ) o s t h ee n di s e n g a g e df o rr e c e i v i n gt h ed o w r t r i v e r b r o a d c a s t i n gd a t af r o mt h et e r r e s t r i a lc h a n n e l t h e p r o j e c ti sb a s e do n t l l ei n d e e ps t u d yo ft h ed v b ts t a n d a r da n dt h ed v b d a t a b r o a d c a s t i n gs p e c i f i c a t i o nw h a tw e h a v e a d o p t e d i nt h i ss y s t e ma r et h ed i g i t a lt u n e r d t q - 1 a o f p h i l i p t d a l 0 0 4 6 a n d t h e f p g a o f a c e xs e r i e sp r o d u t e d b y a l t e r a c o r p o r a t i o n 、a n dt h ei d t 7 2 0 6f op r o d u c e db yi d tc o r p o r a t i o n t h es t a f fo ft h e p r o j e c ta l s oc o m p l e t e dt h ec o m m u n i c a t i o n - c o n t r o l l i n gp r o g r a ma n dw i n c ed r i v e r s f o rt h i sc a r d ，a l o n gw i t ht h ea p p l i c a t i o np r o g r a md e d i c a t e df o rt h es y s t e mt h e s y s t e m c a nc a r r yo u tt h e f o l l o w i n gt a s k s ：r e c e i v i n g ，d e m o d u l a t i o n , d e c o d i n g ，a n dp l a y i n gb a c k o f t h e t e r r e s t r i a l b r o a d c a s t i n gd a t a i nt h ed e s i g no ft h i sp r o j e c t ，t h ea u t h o rh a sp a r t i c i p a t e di nt h ef o l l o w i n gw o r k s ：t h e s y s t e md e s i g n , c h i p ss e l e c t e d , a n dm a k i n gs c h e m a t i cc i r c u i td i a g r a mo ft h ei n t e r f a c e h a r d w a r e ，a n dp c bd e s i g n 、d e b u g ，a n dt h ef p g ac o n t r o l p r o g r a md e s i g n ，s y s t e m t e s t i n g a n d d e b u g g i n g ，a n d s o m ed r i v e r so fw i n c e t h i sp a p e rw i l l i n t r o d u c et h e p r i n c i p l eo f t h ed v b ts e r i e ss t a n d a r d sf i r s t l y , t h e nt h es k e t c h yd e s i g no f t h es y s t e m w i l lb es t a t e d k e yw o r d s ：d v b t ，p d a ，w i n c e ，f p g a ，f i f o 附件三 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 签名：主釜! 璺亘 日期：沥；年，月事日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 繇丝盛互导师繇煺 日期：厶d 3 年月了日 皇王型堇奎兰堡主笙壅 茎王! 坠塑鏊主望塑堕望壁坚墨竺垦盐：! ! 塞堕 第一章引言 1 1d v b t 技术背景和发展现状 1 1 id v b t 技术背景 广播技术正迅速走向数字时代，广播电视、电信、计算机技术领域也在不 断渗透、融合，这些改变都使原有的广播电视系统和技术发生着根本性的变化。 数字化具有一系列优点：在广播电视中心，通过数字信号处理会使节目的制作效 果得到极大改善，一些在模拟方式下无法完成的功能，通过数字技术与计算机技 术的结合，能得以轻松地实现；节目多次复制所引起的损伤不会积累，提高了复 制质量；在广播电视信号传输环节，数字压缩技术的采用提高了节目的传输效率 和效率利用率。可以说数字广播电视的优势是传统模拟方式无法比拟的。同时， 广播数字系统统一标准的重要性也正在被人们逐渐意识，在广播数字系统中，标 准不仅仅只对外围的接口，往往对数字信号处理的整个流程和细节都作了详细规 定。因此，对符合同一标准的设备，其原理和框图都是一样的，介绍设备和介绍 标准几乎是一样的。所以说数字电视广播系统的标准有着格外重要的意义。 d v b ( d i g i t a l v i d e ob r o a d c a s t ) 意为数字视频广播，是现有的数字电视广播 的标准之一。d v b 是欧洲有2 0 0 多个组织参加的一个项目。它包括了卫星、有 线电视、数字地面电视、s m a t v 、m v d s 普通电视和高清晰度电视的广播与传 输。这个标准于1 9 9 3 年9 月开始立项，现在系统已经形成了完全满足实际需求 的市场体系，并形成了与之配合的经济环境以及电子和广播工业。 由于基础设施费用的投入相对较低，目前卫星有线电视数字视频广播 ( d v b s ，d v b c ) 从播出到接收的全系统已是成熟的技术。而地面广播 ( d v b t ) 受众多因素的影响，如多径问题，接收方式问题，接收区域问题，频 率规划问题等，目前还存在一些问题，特别是在提高固定接收的稳定性以及移动 接收性能等方面有很大的改进潜力。因此数字电视地面广播标准的采用将给整个 社会带来更深刻的变化，并且随着它逐渐被各国采用，为今后的高清晰度电视的 发展提供了广阔的空间，所以数字电视地面广播标准研究和确定具有极大的意 义。如何推动这一进程的有序，健康，迅速发展，正是我们急需研究的重大课题。 电子科技大学硕士论文基于p d a 的数字视频信道接收系统设计与实现 1 l2d v b t 发展现状 经过十多年的发展，美国、欧洲、日本都有了各自的数字地面电视广播标准， 就数字地面电视广播而言，不少国家早在1 9 9 4 年到1 9 9 6 年之间就陆续开始了卫 星数字电视广播业务，如美国、德国、法国、日本和马来西亚等；而美国和日本 早就开始了数字有线电视广播业务；相对而言，地面电视广播起步稍晚，但有的 国家在1 9 9 8 年也试行了广播，如美国和英国等，有的国家和地区根据自己的情 况选择和确定了相应的地面数字电视传输体制，如阿根廷、澳大利亚、新加坡、 韩国、台湾和新西兰等；而有的国家和地区则正在密切关注数字电视技术的发展 以便适当时候做出决策。这主要是因为地面数字电视广播信号的传输条件较差， 需要较强的技术保护措旖。目前大约有1 2 个国家宣布采用d v b tc o f d m 数字 电视系统，仅有美国、加拿大和韩国决定采用a t s c 系统。 中国的国情和欧美不同，我国幅员辽阔，对于边远地区，卫星传输显然是最 佳途径。但对于人口稠密的城市，有线电视广播是最经济有效的方式，这取决于 它的网络优势和多种业务可供选择。究竟中国的地面数字电视如何推广，选用什 么制式，播出什么类型的节目，应当有什么样的政策引导，是目前急需解决的问 题。中国数字地面电视发展的关键在数据广播和商清晰度电视。地面数字电视广 播可以在原普通模拟电视频道内播出一套完整的高清晰电视节目，清晰度有大幅 的提高、声音质量也有大幅的改善，可以做到真正的家庭影院。可以想象，数字 地面电视广播在中国有广大的发展空间和发展前途，随着2 0 0 8 年奥运会在北京 的举办，数字奥运也要求实现广播电视系统从模拟向数字的技术转变，建立数字 地面电视系统等，同样推动了数字地面电视广播在中国的快速发展。 1 2p o a 发展现状 1 2 1 产品分类 随着科学技术的发展，p d a ( p e r s o n a ld i g i t a la s s i s t a n t ) 正成为人们交流和信 息沟通的简单又便利工具之一，发展相当迅速。现在市场上p d a 种类繁多，但 大体上分为如下几类。 电子辞典类产品 此类产品以提供辞典功能为主，其他相关功能为辅。主要消费群体为学生、 4 皇三型垫查兰堡主堡奎 薹三! 坠塑塑主塑塑堕望堡坚墨堑堡生兰塞翌 语言专业人士及对语言有专业要求的商务人士。目前，国内市场上，主要辞典类 产品品牌有：文曲星、快译通。好易通、名人、震旦、c a s i o 、诺亚舟等。 记事本类产品 此类产品以提供记事、电话簿等功能为主，一般支持手写输入、电脑同步功 能，产品系统较为封闭，不能进行软硬件产品升级，产品价位较低。其主要消费 群体为一般商务人士和大众消费者。国内市场份额主要集中在恒基伟业、名人、 联想、t c l 等极少数品牌上。这类产品市场正在逐步萎缩，因此在2 0 0 1 年主要 p d a 厂商纷纷开放了自己的s d k ，开放了s d k 的p d a 也具有了较大的扩展空 问，记事本p d a 市场开始向其他几类p d a 市场转移。但是记事、电话簿、手写 功能将成为大多数p d a 产品的标准配置( 包括电子词典) 。 掌上电脑 此类产品是指那些开放式操作系统( 提供s d k 支持第三方软硬件开发) 为平 台，产品可灵活地进行软硬件升级，有较多的软件支持、能够和外界进行数据通 信的掌上数字信息设备。其功能将随着产品技术水平的不断提高，越来越趋同于 个人p c ，越来越依附于服务器。国内市场主要厂商包括联想、惠普、康柏( 神 州数码) 、p a l m 、恒基伟业、桑夏等。 行业应用类产品 此类产品是指专为某一行业或某一类用途开发的产品，与通用型p d a 相比， 专业化p d a 更专注于某个行业，能够围绕其特定用户的需要提供移动信息、数 据处理、查询和交流等量身定制的服务，将特定行业用户的工作和生活紧密结合 在一起，具有极强的实用性和针对性，能体现个性化、专业化的增值价值。 通信类p d a 产品 此类产品对语音通信技术和数据通信技术进行了统一，综合了p d a 和手机两 种特色产品的功能，在网络环境成熟后，将会有更快的发展。由于手机市场的庞 大，因而p d a 手机将成为p d a 市场的主流产品。短信p d a 和寻呼p d a 也归入 通讯类p d a 。目前的主要厂商有m o t o r o l a 、n o k i a 、蓝火、波导、快译通、澳 柯玛、t c l 等。 电子图书类产品 随着p d a 硬件价格的下跌，电子图书类产品将从2 0 0 2 年开始起步。目前已 经有辽宁秦通、天津津科、亿书堂、北大方正、伯通科技、上海慧邦、深圳捷信 皇至型垫盔兰堡圭堡塞 茎王! 坠塑鍪兰塑塑焦望壁堕墨竺堡生! 夔翌 通、北京龙世联等厂商在该领域异常活跃。 1 2 2 市场发展趋势及预测 随着产品市场结构的调整，未来p d a 产品市场将呈现以下特点： 1 通信类p d a 产品将成为中国p d a 产品市场上一个新的亮点，带动个人 消费市场需求的增长。 2 普通p d a 市场因受分别来自电子辞典类产品和通信类p d a 产品两个方 面的竞争压力，市场份额将被逐步取代。 3 p d a 行业应用市场从今年下半年开始逐步启动，因受产品价格制约， p a l m 、w i n c e 、按需定做产品将形成行业应用三足鼎立局面。 4 随着消费者对产品的加深认识，产品市场将以实用为本，面对不同的消 费群体、不同的应用需求、不同的支付能力，细分市场，开发不同类型的产品， 满足多层次的要求，从而扩大市场需求容量。 以前的p d a 功能相对简单，厂商通常可以将软硬件开发、生产销售一手包 办。随着行业p d a 市场和无线通讯p d a 市场的启动，需要众多软件开发商、系 统集成商、各种网站等的介入。这是p d a 产业逐步走向成熟、逐步形成一个巨 大产业的标志。因此，越来越多的上市公司、软硬件厂商、集成商、服务商纷纷 进入p d a 市场。 1 3 论文选题及论文结构 d v b t c o f d m 系统在移动接收方面显示其独特的优势，它因有灵活性使得可 以按特定的工作环境与服务要求进行传输试验，在澳大利亚、拉丁美洲、香港地 区等受到赞许。2 0 0 2 年7 月，上海的公共汽车9 2 0 路上首次对d v b t 移动接收 进行了试验广播，其采用欧洲d v b t c 0 f d m 标准及技术，发射机在黄埔江边的“东 方明珠”发射塔上，发射功率l6 k w ，天线高度约4 0 0 m ，使用的是第3 9 频道( 带 宽8 m h z ) ，中心频率7 2 2 m h z 。这次试播预示着数字地面电视在中国的发展将进入 一个崭新的时代。 d v b - t 移动接收特性配合便携式的p d a ，基于p d a 实现数字地面广播d v b t 移动接收正是一项很适应市场需求，非常具有实用性和市场开发价值的项目。 本文介绍了d v b t 数字电视广播信道接收原理及实现以及p d a 接收处理 数据。系统设计p d a 的接收子板，接收子板完成基于d v b t 的信道解调制、解 码，通过开发p d a 操作系统w i n d o w sc e 底层程序定制w i n d o w sc e 方式完成 6 皇! 型垫盔兰堡圭堡茎 茎王! 坠塑塾主塑塑堕望堡坚墨竺整型兰! ! ! 里 数据传输及信源解码。论文第二章介绍了地面传输和c o f d m 原理以及信道接收 机原理和组成。第三章介绍p d a 及内核p x a 2 5 0 原理结构。第三章对f p g a 的 软硬件资源作了介绍。第五章介绍系统硬件设计与实现。第六章介绍了系统软件 设计与实现。最后对全文进行了总结。 第二章地面传输信道接收原理 2 1 地面传输信号特点和模型 地面信道的传输特性的两大突出特点是时间选择性和频率选择性，同时地面 传输信道工作在u w f f c h f 频段，还具有高斯加性白噪声干扰、突发干扰、工业 干扰及电离层反射、同频干扰等信道的恶劣特性。同时由于地面传输信道环境的 复杂性和特殊性，传输信道具有色散和时变特性。在这样的信道上传输信号有以 下的主要特性： 1 间选择性 2 率选择性 3 性白高斯噪声( a w g n ) 主要引起随机错误。高斯分布的白噪声概率密度可表示： 小j = 击e 一学 q d 4 突发干扰 突发干扰表现为短时大噪声，这种短时大噪声主要由工业电火花等突发因素 引起，噪声能量可能高于信号能量。 5 p a l 同频干扰 由于h d t v 的地面广播是在现有的电视频带内，与标准的p a l 信号同播，因 此h d t v 信号会受到p a l 同播信号的干扰，p a l 信号的频谱特征是信号能量主 要集中在视频载波、色亮及音频副载波。 6 多径传输 多径传输使信号产生频率选择性失真，多径主要是由于城市建筑物对电波的 多次反射及散射引起的，多径干扰主要包括三个参数：多径延时、衰减和相移。 通过对这些参数的不同选择可得到不同的多径传输模型。 7 电子科技大学硕士论文基于p d a 的数迦搏堕堂堡堕墨竺堡生量壅堡 7 衰落 移动接收中的多径的时变会引起附加的调幅和调相，信号的失真取决于这种 附加的调幅、调相的特点。它既可能是无衰落的高斯型也可能是电平有大起伏的 瑞利衰落。 8 多普勒频移效应 这是由于移动接收的运动造成的，频移值与入射角，波长和运动速度有关， 设所有电波入射角为均匀分布，则多普勒频移分布函数可由式2 2 给出： 吲卟志f o r i i = j 组件对象模型( c o m ) m i c r o s o f t 基础类( m r c ) m i c r o s o f ta c t i v e x 控件 m i c r o s o r 活动模板库( a t l ) w i n d o w sc e 还支持以下技术： 管理受时间限制响应的实时处理 电子科技大学硕士论文基于p d a 的数字视频信道接收歪堑塑堂皇塞塑 各种串行及通讯技术，包括u s b 支持 为w i n d o w sc e 用户提供w e b 服务的移动通道 自动化和相互通讯的其它方法 对于台式计算机的硬件来说，w i n d o w sc e 提供以下工具来允许用户通过台 式计算机与基于w i n d o w sc e 的附加设备之间传递信息： 建立和维护连接的连接管理器 允许共享数据同步化的数据同步化接口 输入输出文件的文件过滤器 使台式计算机上的客户能够从安装在基于w i n d o w sc e 的附加设备的服务器 上请求服务，例如进行文件操作。从附加的台式计算机或其他设备上安装和卸 装基于w m d o w sc e 的应用程序时，提供应用程序安装和管理服务。 总之，w i n d o w sc e 设计简单灵活，可在各种小型嵌入式系统中使用，且其 功能强大，在最新一代的高性能工业和家用设备中也得到了充分使用。 3 3 1 操作系统体系结构 w i n d o w sc e 是由若干独立模块所建，每一个模块提供特定的功能。其中有 几个模块又被分成几个组件。组件能使w i n d o w sc e 变得较为紧凑( 小于2 0 0 兆 r o m ) ，仅需要使用最小的r o m 、r a m 和其它硬件资源就可运行设备。 w i n d o w sc e 包括四个模块，这四个模块提供最重要的操作系统功能：内核、 对象存储、制图、开窗口、事件字系统( g w e s ) 和通讯。w i n d o w sc e 还包含 其它可选模块，支持诸如管理可安装设备驱动程序和支持c o m 的任务。 内核 内核是操作系统的核心。它提供所有设备上都必须存在的基本操作系统的功 能。内核负责内存管理，进程管理和一些必需的文件管理功能，管理虚拟内存、 调度、多任务、多线程和预期处理。 内核模块大部分组件是任何w i n d o w sc e 配置所必需的。然而，有一些可选 的内核组件。只在包括例如通话、多媒体和图形设备接口( g d i ) 制图这类操作 系统功能时才需要。有关内核的详细信息，可以参阅w i n d o w sc e 程序员指南。 对象存储 文件系统( f i l e s y s ) 模块支持w i n d o w sc e 对象存储a p i 功能。存储类型有文 件类型、系统注册表以及数据库。文件类型包含应用程序和数据文件，系统注册 表存储应用程序必须快速访问的系统配置和任何其它信息，w i n d o w sc e 数据库 提供结构化存储。 对象存储提供另一种在文件中或在注册表中存储用户数据和应用程序数据 电子科技大学硕士论文基于p d a 的数字视频信道接蝗墨堑垦生皇塞堡 的方式。在操作系统建立进程期间可以选取或忽略各种对象存储组件，以便仅包 括需要的那些功能。对于对象存储的详细信息，可以参阅w i n d o w sc e 程序员指 南。 g w e s g w e s 是用户、用户应用程序和操作系统之间的图形化用户接口。g w e s 将 键击、唱针移动和控制选择转换为消息，传送信息给应用程序和操作系统来处理 用户输入。g w e s 通过创建和管理在显示设备和打印机上显示的窗口、图形和文 本处理输出。 g w e s 的核心是窗口。所有应用程序( 即使是为缺小图形显示器的设备创建 的那些应用) 需要窗口以便从操作系统接收信息。g w e s 为需要图形显示器的设 备提供控制、菜单、对话框和资源。它还提供控制文本和图形显示的g d i 。 通讯 通讯组件为以下通讯硬件和数据协议提供支持： 序列i o 支持 远程访问服务( r a s ) 传输控制协t 3 u i n t e m e t 协议( t c p i p ) 局域网( l a n ) 通话a p i ( 1 心i ) w i n d o w sc e 无线服务 可选组件 除了上面描述的主要模块外，其它操作系统模块也可使用。包括以下类型的 模块和组件：设备管理程序和可安装设备驱动程序、多媒体( 声音) 支持模块、c o m 支持模块、w i n d o w sc e 外壳( s h e l l ) 模块。w i n d o w sc e 中提供的每一个模块 或组件支持一组用户可用的相关的a p i 功能。 3 3 2w i n c e 的开发 基于w i n d o w sc e 的产品 m i c r o s o f t 提供完整的基于w i n d o w sc e 的产品系列，范围从用来开发基于 w i n d o w sc e 的应用程序和设备驱动程序的工具，到用来创建操作系统各种自定 义版本的工具。此外，m i c r o s o f t 还与几家第三方供应商合作，创建由w i n d o w sc e 驱动的设备。这些设备( 手提p c 、手掌大的p c 和a u t o p c ) 是一些与台式计算机、 网络、i n t e r n e t 通讯以及相互间进行通信的移动设备。 m i c r o s o f t 为以上每一种设备提供一个软件开发工具箱( s d k ) ，可帮助用户 创建运行于设备上的应用程序。每一个s d k 中均包含编辑库、头文件以及样本 皇三型堇查兰堡圭笙壅 薹王! 坠堕塑! 塑塑笪望堡坚墨竺堡生兰壅塑 程序的原代码和描述如何使用编辑库的文档资料。此外，每一个s d k 还包括编 辑指南和一份a p i 参考，以及一个设备驱动程序工具箱。这些s d k 可以在互联 网上下载。 m i c r o s o f tw i n d o w sc e 平台s d k ，手提p c2 0 版本一组用来为h p c 开发 应用程序的程序库。在线文档提供有关管理内存、与其它设备进行通讯、设计用 户接1 2 1 和利用m i c r o s o f tp o c k e te x c e l 和m i c r o s o f t p o c k e tw o r d 来编辑的信息。此 s d k 中包括一份详细的参考和一个h p c 仿真程序。 m i c r o s o rw i n d o w sc e 平台s d k ，p a l m s i z e p c 版本一组用来为手掌大的 p c ( p a l m s i z e p c ) 开发应用程序的程序库。在线文档提供有关管理和访问文件、 连接其它设备、创建导航和输入控制、设计用户接口和实施样本代码的信息。此 s d k 包括一份详细的参考和一个p a l m s i z e p c 仿真程序。 m i c r o s o f tw i n d o w sc e 以前的发布版，平台s d k ，a u t op c 版本一组用来为 a u t op c ( p a l m s i z e 摩c ) 开发应用程序的程序库。在线文档提供有关使用系统服 务、利用控制、实现语言、与车辆计算机交互作用和使用方位和导航信息。 操作系统开发 对有意创建w i n d o w sc e 定制版本的初始设备开发商( o e m ) 来说，m i c r o s o f t 公司提供了m i c r o s o f tw i n d o w sc e 平台建立器。p b 4 0 ( p l a t f o r mb u i l d e r ) 属于 w i n d o w sc e 平台建立器的一种。它是一种开发工具，它将带有集成开发环境 ( m e ) 的w i n d o w sc e 操作系统和一些丰富的嵌入式开发工具结合起来，包括交 互式编辑器( c r o s s c o m p i l e r s ) 。汇编程序，内核调试器和远程调试器。 p b 使你能选择w i n d o w sc e 组件，可以将你定制的操作系统( 0 s ) 包括在 内。虽然你的操作系统包括任何可连接的组件，但是w i n d o w s 仍提供了几个可 选择的样本配置。 p b 里有编程指南、应用程序接口( a p i ) 参考文献和设备驱动器工具箱，从 而可以帮助你创建与w i n d o w sc e 特定版本相关的定制驱动器程序和应用程序。 平台建立器可以通过正常的零售渠道买到。建立一个基于w i n d o w sc e 的操作系 统不需要别的附加工具和产品。 应用程序开发 w i n d o w s 提供几个工具箱来支持你开发基于w i n d o w sc e 的应用程序。这些 工具箱包括m i c r o s o f tw i n d o w sv i s u a lb a s i c6 0 下的c e 工具箱。这些工具箱是附 加在m i c r o s o f tv i s u a lc + + 和m i c r o s o f tv i s u a lb a s i c 上的开发系统。这意味着可以 利用集成开发环境( d e ) 来开发桌面应用程序。m i c r o s o f t 公司和其竞争者们一 起努力使大家能够在台式计算机上开发自己的应用程序。 因为基于w i n d o w sc e 的设备能运行不同的w i n d o w sc e 操作系统，所以能 电子科技大学硕士论文基于p d a 的数字视频信道接竖统趁堕皇塞婴 支持不同的工具箱。例如，如果你想用v i s u a lc + + 开发一个适合于h p c 运行 的手提p c 正版编辑软件，你需要m i c r o s o f tv i s u a lc + + 6 0 开发系统、适合于 v i s u a lb a s i c6 0 的m i c r o s o f tw i n d o w sc e 工具箱、m i c r o s o f tw i n d o w sc e 平台 s d k ，手提p c ( h p c ) 编辑软件2 0 版。开发系统和各种工具箱可以通过正常 的零售渠道买到。s d k 可在w i n d o w sc e 站点下载。 基于w i n d o w sc e 的设备包括家庭娱乐、快速更新的( v e r t i c a l ) 设备和p c c o m p a n i o n 市场。在家庭娱乐市场方面，能运行w i n d o w sc e 的产品包括s e g a d r e a m c a s t 系统，网上机顶盒及网上电话。在快速更新的( v e r t i c a l ) 设备市场方 面，开发嵌入式系统的公司可以定做适于专用任务的计算机，例如打包( p a e k a g e ) 和邮件跟踪设备，销售点终端和导航设备。在p cc o m p a n i o n 市场方面，能运行 w i n d o w sc e 的产品包括h p c ，手掌大( p a l ms i z e ) 的p c ，以及车载 p c ( a u t o p c ) 。 不同类型的设备支持不同的应用程序接口( a p i s ) 。被支持的应用程序接口依 赖于操作系统的版本、什么样的模板和组件，并且这些设备也依赖于操作系统的 版本。此外，每种操作系统都有自己独特的外壳。因此，基于w i n d o w sc e 的平 台都有应用程序接口( a p i s ) ，而此应用程序接口不包括在核心w i n d o w sc e 操 作系统中。 另外，接入到设备的方式不同，w i n d o w sc e 的功能就不一样。一种特定版 本的h p c s 也许有相同的功能，但一个手掌大小p c 的功能与一个h p c 的功能 就不一样。此外，o e m s 能够选择性的移去操作系统的可选部分，因此，运行在 不同设备上的操作系统的配置变化很大。 设备驱动程序的开发 w i n d o w sc e 支持各种各样的设备驱动程序，你可以为各种基于w i n d o w sc e 的平台定作这些设备驱动程序。w i n d o w sc e 为设备驱动程序的开发提供了各种 模块，其中包括来自其它操作系统的模块。由于有这些不同设备的驱动程序模块， w i n d o w sc e 几乎拥有了所有的设备类型，包括内部设备及外围设备。 为了帮助你建立设备驱动程序，平台开发器和所有特定平台s d k s 都有 个设备驱动程序工具箱、程序指南、一个应用程序接口( a p i ) 参考文献以及可 以用来建立适合于w i n d o w sc e 设备驱动程序的代码样品。 第四章可编程逻辑器件与e d a 设计技术 近年来，集成电路以惊人的速度不断地发展。由早期的电子管，晶体管，小 规模集成电路( 几十几百门) ，中规模集成电路( m s i c ，几百门几千门) ，大 电子科技大学硕士论文基于p d & 的数字视频信道避堕番统逞堂皇塞翌 规模集成电路( l s i c ，几千几万门) 发展到超大规模集成电路( v l s i c ，几万门 以上) 以及许多具有特定功能的专用集成电路。但是，随着微电子技术的发展， 设计与制造集成电路的任务已不完全由半导体厂商来独立承担。系统设计师们更 愿意自己设计专用集成电路( a s i c ) 芯片，而且希望a s i c 的设计周期尽可能短， 最好使在实验室就能设计出合适的a s i c 芯片，而且立即投入实际应用中，因而 出现了现场可编程门阵列( f p g a ) 和复杂可编程逻辑器件( c p l d ) 。自从1 9 8 5 年 x i l i n x 公司推出第一片，现场可编程逻辑器件( f p g a ) 至今，f p g a 已经历十几 年的发展历史。现场可编程逻辑器件由最初的1 2 0 0 个可利用门，发展到现在的 几百万门的f p g a 芯片。由于f p g a 不仅可以解决电路系统小型化、低功耗、高可 靠性等问题，而且其开发周期短、开发软件投入少、芯片价格不断降低，使其在 现代数字系统设计中占有重要的地位。 4 1 可编程逻辑器件及a l t e r af p g a 简介 4 1 1 可编程逻辑器件简介 目前可编程器件已广泛用于硬件的逻辑设计中。可编程器件可以分为p r o m 、 e p r o m 、e e p r o m 、g a l 、p a l 、p l d 、f p g a ，其中p l d 与f p g a 的规模( 门数) 比较 大。 f p g a 是现场可编程门阵列的简称，p l d 是可编程逻辑器器件的简称，大容 量的p l d 又分为可擦除可编程逻辑器件( e p l d ) 和复杂可编程逻辑器件 ( c p l d ) 。e p l d ( c p l d ) 是将多个可编程阵列逻辑( p a l ) 器件集成到一个芯 片，具有类似p a l 的结构；而f p g a 具有类似门阵列或类似a s i c 的结构。它们 都具有用户可编程的特性，利用它们可以由用户实现其专门用途的集成化数字电 路。f p g a 是有掩膜可编程门阵列和可编程逻辑器件两者演变而来，因此，其既 有门阵列的高逻辑密度和通用性又有可编程逻辑器件的用户可编程特性。f p g a 可以达到比p l d 更高的集成度，具有更复杂的布线结构和逻辑实现能力。p l d 与f p g a 之问的主要差别是p l d 通过修改具有固定内连电路的逻辑功能来进行 编程，而f p g a 是通过修改根或多根分隔宏单元的基本功能块的内连线的布线 来进行编程。所以，f p g a 主要是在用户可编程的特性和它们的快速设计及诊断 能力上类似于可编程逻辑器件，其主要是通道型f p g a 。从厂家结构来看又分为 皇三型茎查兰堡主堡苎 茎王! 坠塑墼主塑塑笪鲎堡坚墨竺堡生兰壅丝 两类：s r a m 查找表类型和反熔丝的多路开关类型。对于快速可编程逻辑器器件， 它是由用户进行编程实现所需逻辑功能的数字集成电路，利用p l d 内部逻辑块 可以实现任意布尔表达式或寄存器函数，根据编程方法分类，可分为一次性、紫 外可擦、电可擦，其主要结构由三部分组成：c o n t r o l b l o c k ( 控制块) 、l a b ( 逻辑阵列块) 、p l a ( 可编程连线阵列) 。 4 1 2a c e x 系列芯片的基本结构 a c e x1 k 器件是a 1 t e r a 着眼于通信、音频处理或类似场合的应用推出的芯片 系列。a c e x1 k 器件的结构和f l e xi o k 器件类似，两者的区别主要在于工作电 压和制作工艺有所不同。a c e x1 k 器件的工作电压为2 5 v h e1 8 v ，采用先进的 0 1 8 u r n 、6 层金属连线的s r a m 工艺制成。 a c e x1 k 器件是采用查找表( l u t ) 和e a b 结合，提供了高效低耗的优良性能。 基于l u t 的结构适用于实现高效的数据通道、增强性寄存器、数学运算给数字信 号处理设计，而e a b 可实现r a m ，r o m ，双口r a m 和f i f o 等功能。由于采用了这些 单元电路，a c e xi k 器件适用于实现复杂逻辑功能和存储器功能。每个a c e x1 k 器件都包含一个嵌入式阵列和一个逻辑阵列，它能让设计人员轻松地开发出集存 储器，数字信号处理及特殊逻辑等强大功能于一身的芯片。 a c e xl k 的逻辑功能和互连关系是由c m o ss e a m 单元配置的。系统加电时， 通过存储在一个a l t e r a 串行配置e p r o m 器件中的数据或由系统控制器提供的数 据对a c e x1 k 器件进行配置。a 1 t e r a 为a c e x1 k 提供的e p c i ，e p c 2 和e p c i 4 4 1 等专用配置器件，它们是通过串行数据流来对a c e x1 k 器件进行配置。配置数据 也能从系统r a m 和通过a 1 t e r a 的b y t e b l a s t e r m v 下载电缆配置。a c e x1 k 器件 配置好后，可以通过复位电路重新加载数据，实现在线系统重构。由于重构时间 只需要不到4 0 m s 的时间，因此系统工作过程中可以实时重构。另外，a c e x1 k 器件中设置了高效的接口，它允许微处理器通过并行或串行、同步或异步方式配 置a c e x1 k 器件。同时这种接口也允许微处理器象存储器一样处理a c e x1 k 器件。 皇王登堇盔堂堡主堕壅 薹王! 坠些墼圭塑塑焦望壁坚蔓竺塑生曼塞翌 图4 1a c e x1 k 器件内部结构图 图4 1 列出了a c e x l k 器件结构的方块图，主要由嵌入式阵列块，逻辑阵列 块，f a s tt r a c k 和i o 单元4 部分组成。每一组l e 组成一个l a b ；l a b 组被安 排在行和列中。每一行也包括一个单独的e a b 。这些l a b 与e a b 通过快速通道互 连布线结构互连。i o e 分布在快速通道互连布线结构中的行和列的末端。 在本课题中，系统使用的是a l t e r a 公司的a c e e i k 系列的芯片e p l k 3 0 q c 2 0 8 3 ， 它有2 0 8 个引脚，内部包含多达1 7 2 8 个可编程逻辑单元，并含有3 k 字节的内部 r a m ，是新一代的高性能、低功耗、大规模的可编程器件的代表产品，可用来设 计复杂结构的超大规模集成电路。a c e x i k 系列芯片有两个工作电压；2 5 伏和 3 3 伏。在和其它5 v 元器件应用于同一个印制板上时，需用另外设计一个电压 源电路提供这两个电压以供芯片使用。 4 2m a x + p l u s 2 开发工具 a 1t e r a 的器件能达到最高的性能和集成度，不仅仅是因为它采用了先进的工 艺和全新的逻辑结构，还在于它提供了现代化的设计工具。m a x + p l u s 2 可编程逻 辑开发软件提供了种与结构无关的设计环境，它使a l t e r a 通用f p g a 系列设计 者能方便地进行设计输入，快速处理和器件编程。 皇王型堇查兰堡主堡茎 薹王! 坠塑墼主塑塑堕望堡坚墨堑堡堡兰薹翌 使用r a x + p l u s 2 ，设计者无需精通器件内部的复杂结构，只需运用自己熟悉 的输入工具( 如原理图输入或高级行为语言) 进行设计，通过m a x + p l u s 2 把这些 设计转换成最终结构所需的格式。由于有关结构的详细知识己装入开发工具，设 计者不需手工优化自己的设计，因此设计速度非常快。使用m a x + p l u s 2 ，从设计 输入到器件编程完毕，用户拿到设计好的逻辑电路大约只需几小时。设计处理一 般可在数分钟内完成，