基于SOPC的文本浏览器的开题报告.doc

开题报告基于SOPC的文本浏览器设计开题报告一、综述1、文本浏览器自古以来，阅读都是受世人推崇的，阅读既可以拓宽视野，也可以增长知识，但一直以来纸质书籍成为树木被大量砍伐的原因，破坏环境。因此，有必要设计一种不用消耗木材，环保的文本浏览器。文本浏览器是一种用来阅读的工具。它基于现代芯片技术，把系统集成在一小块芯片上，配上USB用来下载文本，KEY用来操作，LCD用来显示，利用编程，可实现阅读功能。形状小巧，便于携带，就像在看真正的书本一样。科技发展到今天文本阅读器的功能越来越多，除了基本的阅读功能之外，还具有联网下载，联机传输等功能。不但丰富了阅读的内容，增加了技术含量，可操作性变强，还使得人们对科技的依赖进一步加深。文本阅读器的优点在于以下几方面：方便携带，体积一般都比书要小，重量也要轻很多，非常便于携带。 容量大，早期的纸质书籍内容有限，而文本阅读器可以储存很多的电子书籍，而且内容广泛，就相当于一个小型的图书馆。 下载想录入的内容，可以作为笔记本、资料夹使用，免去了携带过多东西的麻烦。 省电环保：文本阅读器省电，而且不使用传统纸张，由于使用了先进的显示技术，可以帮助人们少买纸质书，减少砍伐树木，从而保护了环境。相信在以后，文本阅读器会凭借这些优势迅速发展，但是文本阅读器依然有不足之处。目前文本阅读器具有一些缺点： 功能还有一些单一，缺少一些日程安排之类的功能。 部分功能还达不到预计的要求，比如速度、待机时间等。 LCD屏幕由于不断刷新，极易造成眼睛近视等。现在市场上已存在各种形式的文本浏览器，有作为电子产品附加功能的，例如手机里有阅读文本的功能；还有作为单独阅读产品的电子浏览器，都称之为电子书，支持的文本格式很多，较之纸质图书用起来更为方便灵活。总之，文本阅读器正在向小型化、便携式、智能化、大容量、节能环保等方面发展，具有广阔的市场潜力和发展空间，机遇和挑战并存，伴随我国经济的快速发展，也将迎来更大的繁荣。本次基于SOPC的文本浏览器设计旨在让生活智能化，这也适应了环保型社会发展的要求，相信这样的成果会广泛的适用于市场。2、SOPC （System On a Programmable Chip）简介SOPC是system on a programmable chip的缩写，顾名思义就是把一个系统集成在单片可编程芯片中。它将处理器、存储器、I/O 口、LVDS 等系统需要的功能模块集成到一个 PLD 器件上，构成一个可编程的片上系统。它是 PLD 与 SOC 技术融合的结果。由于它是可编程系统，具有灵活的设计方式，可裁减、可扩充、可升级，并具备软硬件可编程的功能。这种基于 PLD 可重构 SOC的设计技术不仅保持了SOC以系统为中心、基于 IP 模块多层次、高度复用的特点。相对 ASIC 定制技术来说 , FPGA 是一种通用器件, 通过设计软件的综合、分析、裁 减，可灵活地重构所需要的嵌入式系统。1早在2002年的时候，Altera公司就基于SOC的设计思想，推出了其第一款32位RISC CPU软核Nios，那时的Nios CPU功能简单，执行效率低下且不支持在线调试，所以并未得到很大的推广。在Nios CPU基础上，Altera公司又于2005年推出了其第二代32位RISC CPUNiosII。与Nios CPU相比，NiosII CPU在性能方面得到了质的提升，指令执行速度快，执行效率高，且支持JTAG在线调试。2SOPC技术主要应用以下三个方向1、FPGA嵌入IP硬核的应用。这种SOPC系统是指在FPGA中预先植入处理器。这使得FPGA灵活的硬件设计与处理器的强大软件功能有机地结合在一起，高效地实现SOPC系统。 2、基于FPGA嵌入IP软核的应用。这种SOPC系统是指在FPGA中植入软核处理器，如：NIOS II核等。用户可以根据设计的要求，利用相应的EDA工具，对NIOS II及其外围设备进行构建，使该嵌入式系统在硬件结构、功能特点、资源占用等方面全面满足用户系统设计的要求。3、基于HardCopy技术的应用。这种SOPC系统是指将成功实现于FPGA器件上的SOPC系统通过特定的技术直接向ASIC转化。把大容量FPGA的灵活性和ASIC的市场优势结合起来，实现对于有较大批量要求并对成本敏感的电子产品，避开了直接设计ASIC的困难。3Altera EP1C12Q240C8 2910到20060的LE；294912 RAM bits(36864 bits)。支持低成本串行配置；LVTTL,LVCMOS,SSTL-2,SSTL-3和I / O的标准；66-和33-MHz、64-和32-位的PCI标准；高速(640比特/秒)LVDS I / O，低速(311比特/秒)LVDS I / O；311-位元/秒I / O；外部存储器,包括DDR SDRAM(133兆赫),FCRAM,以及单一的数据传输速率(SDR)SDRAM；支持多种知识产权核心(IP)。每个设备有两个PLLs，提供时序仿真和阶段转移；每个逻辑阵列有八个全球时钟线，六个可用时钟资源4。本次毕业设计，是以Altera EP1C12Q240C8为核心，配以最小系统，外加键盘、USB接口、液晶屏等外围设备，设计构成一个简易的文本浏览器，经过编程，可实现如通过USB口下载阅读文本，删除本次下载内容、返回首页、退出阅读等功能。界面简洁明了，操作性强。二、研究内容让阅读更加向环保型、科技型社会靠拢，令阅读更加信息化、技术化，使阅读不再枯燥，并彻底脱离纸质书本的约束，实现利用软件把文本展现在电子平台上。携带更方便，阅读量更大，范围更广泛。本次毕业设计是以EP1C12Q240C8为核心芯片，设计一个文本浏览器。利用NiosII进行芯片级硬件设计（SOPC）,包括为系统配置IP核和为IP核配置相关应用程序，用QuartusII 进行C语言编程，使之可以实现文本浏览器功能。之后设计板级硬件电路，在芯片最小系统的基础上，外加LCD、键盘和USB接口等外设，使之成为一个完整的系统。再利用SOPC实验开发平台进行系统调试和修改，确保接下来的工作正确有效的进行。进行基于SOPC的文本浏览器原理图设计，并根据原理图绘制PCB板图。最后进行焊接、调试，形成SOPC的文本浏览器成品。本次设计可实现：通过USB口下载阅读文本，用键盘控制文本正常滚动，删除本次下载内容、返回首页、退出阅读、阅读下一页、掉电之后文本不丢失，开机之后可继续阅读等功能，这些都为一个基本的文本浏览器所必须具备的功能。三、实现方法及预期目标1、初步方案及环境整体设计方案（1）芯片级硬件设计方案（SOPC） 图1 芯片及硬件设计框图上图为本次设计的IP核，即Nios内核，是文本浏览器的灵魂。其各部分的功能大致如下：AVALON_BUS：AVALON_BUS是一种相对简单的总线结构，主要用于连接片内处理器与外设，以构成片上可编程系统（SOPC）。它描述了主从结构间的端口连接关系，以及构件间通讯的时序关系。SRAM：SRAM的速度相对比较快，作为NIOS 处理器的RAM和程序运行空间。FLASH：掉电不丢失数据，一般用来存储应用程序。可以烧写数据到FLASH中。JTAG_UART：开发板与PC之间调试、通信。DB：数据线。RD：读信号。WR：写信号。CD：命令/数据信号。LCD_CS：LCD的片选。D12_CS：USB模块的片选。D12_INT：USB模块的中断。D12_SUSPEND：USB模块的挂起状态。KEY_COL:键盘列控制。KEY_ROW：键盘行控制。（2）芯片级软件设计流程 图2 芯片及软件设计流程图液晶屏开机界面显示文本后，由四个键来控制阅读，按*键，可以进行从头阅读的操作，界面返回文本的第一页；按#键，可以进行阅读下一页的操作，文本显示下一页，按C键，可以进行退出阅读的操作，界面返回主菜单页，按D键，可以进行删除当前所有内容的操作，当前内容清空。（3）外围电路设计方案 图3 外围电路设计图 芯片外加电源、复位、晶振构成最小系统，在最小系统的基础上加USB接口、KEY接口、LCD接口则构成了完整的文本浏览器系统。 实现步骤进行芯片级硬件设计（SOPC）,包括为系统配置IP核和为IP核配置相关应用程序，用 C语言编写程序，可以实现文本浏览器功能。设计板级硬件电路，在芯片最小系统的基础上，外加LCD、键盘和USB接口等外设，使之成为一个完整的系统。利用SOPC实验开发平台进行系统调试和修改，确保接下来的工作正确有效的进行。进行基于SOPC的文本浏览器原理图设计，并根据原理图绘制PCB板图。焊接、调试，形成SOPC的文本浏览器成品。2、重点及难点（1）USB接口设计通过USB接口芯片PDIUSBD12完成USB接口模块和其他模块的通信。PDIUSBD12（以下简称D12）是一款带并行总线的USB接口器件，通常与微控制器进行通信，另外它还支持本地的DMA传输。D12完全符合USB1.1版的规范，还符合大多数器件的分类规格：成像类、海量存储器件、通信器件等设备以及人机接口设备。另外它还集成了许多特性，包括SoftConnectTM、GoodLinkTM、可编程时钟输出、低频晶振和终止寄存器集合、所有这些特性都为系统显著节约了成本，同时使USB功能在外设上的应用变得容易。5（2）键盘驱动设计键盘扫描的实现过程如下：对于44键盘，通常连接为4行、4列，因此要识别按键，只需要知道是哪一行和哪一列即可，为了完成这一识别过程，首先输出4列中的第一列为低电平，其它列为高电平，然后读取行值；然后再输出4列中的第二列为低电平，读取行值，依此类推，不断循环。系统在读取行值的时候会自动判断，如果读进来的行值全部为高电平，则说明没有按键按下，否则如果读进来的行值发现不全为高电平，则说明键盘整列中必定有至少一个按键按下，读取此时的行值和当前的列值，即可判断到当前的按键位置。（3）LCD显示设计本设计预选用的LCD显示模块为240128点阵，该模块内藏有T6963C控制器，显示模块与CPU的接口采用标准的8位微处理器接口，即D0D7、nRD、nWR、nCE以及C/D信号，当C/D为1时，选中指令通道，数据总线上的数据均为指令；当C/D为0时，选中数据通道，数据总线上的数据为写入LCD或读出的有效数据。6（4）字库Flash ROM中可存放128个816的ASCII字库和国标一二级汉字字库。（5）存储器要想把文本文件从PC上下载到设备中，设备中必须有相应的存储空间分配给该数据。存储体可以是Flash ROM、EEPROM和SRAM等，具体依系统的资源而定。五、进度安排第1周 初期资料查阅第2周 初期资料查阅第3周 撰写开题报告、资料查阅、熟练掌握QII软件使用方法第4周 开题报告提交指导教师审阅、修改、资料查阅、提交开题报告 基于SOPC的文本浏览器系统总体设计方案确定第5周 基于SOPC的文本浏览器系统的IP核配置、与IP核配套的硬件设计第6周 基于SOPC的文本浏览器系统的IP核配置、与IP核配套的硬件设计第7周 基于SOPC的文本浏览器的软件设计第8周 利用SOPC实验平台进行系统调试和修改第9周 利用SOPC实验平台进行系统调试和修改第10周 基于SOPC的文本浏览器原理图设计第11周 基于SOPC的文本浏览器原理图及PCB板图设计第12周 基于SOPC的文本浏览器原理图及PCB板图设计，提交PCB板文件制板第13周 焊接，基于SOPC的文本浏览器软硬件联合调试，形成成品。 总结实习经验，编写程序文档，撰写毕业设计论文第14周 基于SOPC的文本浏览器系统软硬件联合调试，形成成品。总结实习经验，编写程序文档，撰写毕业设计论文第15周 毕业设计论文初稿提交指导教师审阅修改毕业设计论文完善基于SOPC的文本浏览器系统设计工作第16周 修改毕业设计论文提交毕业设计论文定稿第17周 毕业答辩六、参考文献1 江国强.SOPC技术与应用M.北京：机械工业出版社.2006：190-2302 候建军，郭勇. SOPC技术基础教程.北京:清华大学出版社.2008:289-3103 王晓迪.SOPC系统设计与实践M.北京:北京航空航天大学出版社.20