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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 基于SOPC的娛樂系統(tǒng)
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡(jiǎn)介：
- 本項(xiàng)目設(shè)計(jì)了一款基于SOPC的娛樂系統(tǒng)。該平臺(tái)以EP2C35F系列的FPGA芯片為核心，采用先進(jìn)的SOPC設(shè)計(jì)理念，充分利用FPGA豐富的邏輯器件資源和NiosII 軟核靈活、可重構(gòu)的設(shè)計(jì)特性，結(jié)合自定義用戶指令、自定義外設(shè)及軟件設(shè)計(jì)架構(gòu)，使用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)思想和開發(fā)方法，實(shí)現(xiàn)了SD卡音樂播放、卡拉OK、圖片瀏覽和電子鐘等四個(gè)功能，系統(tǒng)具有較高的集成度和良好的穩(wěn)定性。
- 詳細(xì)介紹：
- 音樂播放和卡拉ＯＫ功能都是由DE2開發(fā)板的音頻輸入/輸出實(shí)現(xiàn)。開發(fā)板的音頻輸入/輸出由Wolfson公司的低功耗立體聲24位音頻編/解碼芯片WM8731完成。WM8731包含了線路輸入、麥克風(fēng)輸入及耳機(jī)（音響）輸出。兩路線路左、右聲道能以1.5dB的步距在+12～-34.5dB范圍內(nèi)進(jìn)行對(duì)音量調(diào)節(jié)，完成A/D轉(zhuǎn)換后，還可以進(jìn)行數(shù)字濾波，有效濾除輸入信號(hào)中的直流成分。一路麥克風(fēng)輸入可以在-6～34dB范圍內(nèi)進(jìn)行音量調(diào)節(jié)。這三路輸入都有單獨(dú)的靜音功能。D/A轉(zhuǎn)換器輸入、線路輸入旁路及麥克風(fēng)輸入經(jīng)過側(cè)音電路后可相加作為輸出以驅(qū)動(dòng)耳機(jī)（RHPOUT和LHPOUT），開發(fā)板上的LINE OUT可以直接驅(qū)動(dòng)耳機(jī)。LINE IN經(jīng)過隔直電容輸入，而MIC IN則直接輸入。充分利用了24位立體聲音頻編/解碼芯片WM8731高性能、低功耗的優(yōu)點(diǎn)，可聽到音質(zhì)較好的音樂。圖片瀏覽是用FPGA純硬件實(shí)現(xiàn)的，電子鐘由硬件實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)，軟件實(shí)現(xiàn)時(shí)間的LCD顯示。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 消費(fèi)電子是嵌入式系統(tǒng)重要的應(yīng)用領(lǐng)域之一。隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，人們生活質(zhì)量不斷提高，娛樂電子產(chǎn)品正逐漸走進(jìn)百姓生活，娛樂電子產(chǎn)品的市場(chǎng)前景十分廣闊。 本設(shè)計(jì)就是基于SOPC技術(shù)設(shè)計(jì)的一款功能全面的消費(fèi)類電子產(chǎn)品——娛樂系統(tǒng)。多媒體技術(shù)作為當(dāng)今信息技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展最快的、最活躍的技術(shù)之一，其發(fā)展的方向也是極其的多樣化，所以在人們?nèi)粘Ｉ钪校瑤缀蹼S處可見其身影。本設(shè)計(jì)是在FPGA開發(fā)板上構(gòu)建了一個(gè)功能全面的娛樂系統(tǒng)，該平臺(tái)集SD卡音樂播放、卡拉OK、圖片瀏覽和電子鐘等功能于一身。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 本設(shè)計(jì)是采用SOPC技術(shù)，通過軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)，在這里，不僅軟件是可編程的，同時(shí)，硬件也是可配置的，這樣就可以量體裁衣，設(shè)計(jì)出符合自己要求的嵌入式系統(tǒng)。此外，本作品還利用Altera公司的FPGA器件設(shè)計(jì)SOPC系統(tǒng)，可以降低系統(tǒng)的成本，使用和配置更加方便，打破了傳統(tǒng)的MCU+DSP芯片的數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，將微處理器、DSP模塊整合到一片F(xiàn)PGA芯片中去，使得整個(gè)系統(tǒng)更加穩(wěn)定。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 2010年全國(guó)“博創(chuàng)杯“全國(guó)大學(xué)生嵌入式設(shè)計(jì)大賽、2010年全國(guó)“挑戰(zhàn)杯”初賽等。
作品所處階段
- 生產(chǎn)階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 如果我的作品可以被評(píng)委和廠商認(rèn)可，我愿意提供全部技術(shù)，采取雙方合作的方法，進(jìn)行新的產(chǎn)品的研究。
作品可展示的形式
- 實(shí)物展示和文獻(xiàn)資料展示均可。
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 由于本作品可以依據(jù)不同的需求，選取不同的功能，并利用Nios II處理器占用FPGA資源少和可裁剪性等特點(diǎn)，完全做到了系統(tǒng)體系的精簡(jiǎn)化和作品的低成本。使其在目前的多媒體娛樂市場(chǎng)上具有很高的競(jìng)爭(zhēng)力。本作品基于FPGA的SOC技術(shù)提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，使用Nios II提供的多種硬件加速方式，如自定義用戶指令，自定義用戶外設(shè)等大大提高了運(yùn)算速度，使算法和控制的實(shí)時(shí)性得到了有效的保證優(yōu)化完善作品，再加上它開發(fā)周期短，性價(jià)比高，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，可擴(kuò)展性強(qiáng)，易于維護(hù)，使作品可以被推廣應(yīng)用于消費(fèi)電子、娛樂電子、車載電子、智能家居等，所以，其市場(chǎng)前景十分廣泛。
同類課題研究水平概述
- 目前國(guó)內(nèi)外娛樂電子正成為豪華汽車之間差異化的主要方面，因而推動(dòng)了其性能和功能的快速發(fā)展。如何折衷考慮性能、成本和靈活性要求是設(shè)計(jì)工程師面臨的挑戰(zhàn)。高端應(yīng)用包括衛(wèi)星收音機(jī)、后座娛樂、導(dǎo)航、各種類型的音頻回放、語(yǔ)音合成和識(shí)別，以及其它新的應(yīng)用。傳統(tǒng)的汽車電子為具有較長(zhǎng)產(chǎn)品壽命、更寬溫度范圍和低成本要求的全面標(biāo)準(zhǔn)化推動(dòng)，車載娛樂系統(tǒng)基本上也要滿足這些要求。設(shè)計(jì)工程師不但需要設(shè)計(jì)長(zhǎng)壽命的系統(tǒng)，并且要能適應(yīng)系統(tǒng)功能的快速發(fā)展?，F(xiàn)在設(shè)計(jì)的車載娛樂系統(tǒng)的基本架構(gòu)能夠支持平板顯示器，通過圖形化的人機(jī)界面可以顯示動(dòng)態(tài)地圖和汽車信息。這些架構(gòu)周邊有高度標(biāo)準(zhǔn)化的微控制器、各種標(biāo)準(zhǔn)接口以及支持低端圖形處理的簡(jiǎn)單硬件加速器。這種架構(gòu)能夠以非常低的成本滿足汽車市場(chǎng)的中等級(jí)娛樂系統(tǒng)要求，也能擴(kuò)展到高端應(yīng)用以適合頂級(jí)豪華汽車市場(chǎng)要求，視頻圖像處理和通信是典型的頂級(jí)應(yīng)用例子。支持這些應(yīng)用的各種標(biāo)準(zhǔn)包括視頻的MPEG2、MPEG4和H.264，以及通信的GSM/EDGE、WCDMA、1XEVDO、衛(wèi)星收音機(jī)、衛(wèi)星電視、數(shù)字視頻廣播和WiFi，這些標(biāo)準(zhǔn)都依賴于不斷發(fā)展的多種信號(hào)處理算法，這些算法需要特別高的可編程處理性能。HSPACE=12 ALT="圖1：在Delphi汽車娛樂系統(tǒng)架構(gòu)中Amanda芯片應(yīng)用。"> 目前有三種半導(dǎo)體技術(shù)可用于實(shí)現(xiàn)這些高度復(fù)雜的算法，這三種技術(shù)分別是可編程數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)、ASSP和現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)。DSP是一種高性能可編程處理器，專門設(shè)計(jì)用于信號(hào)處理，DSP處理器靈活性高、功耗低、性價(jià)比也較高，但沒有硬件加速功能，不能提供當(dāng)今高級(jí)圖像處理和無(wú)線通信算法所需的計(jì)算能力；通常內(nèi)含DSP處理器的ASSP能夠?yàn)楹?jiǎn)單視頻或通信標(biāo)準(zhǔn)提供優(yōu)化解決方案，但不能被編程以適應(yīng)不同的標(biāo)準(zhǔn)；而FPGA不僅具有很高的處理性能，而且可編程，因此可以滿足多種應(yīng)用和標(biāo)準(zhǔn)要求。與其它二種技術(shù)不同，F(xiàn)PGA的靈活性和性能可以滿足所有潛在算法的要求。
