基于单芯片的视频led网络控制器的研究与开发

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1、摘要题目：基于单芯片的视频LED网络控制器的研究与开发作者：庄车导师：白瑞林教授专业：控制理论与控制工程近年来LED显示技术发展迅速，LED全彩显示屏得到了广泛的应用。LED显示技术涵盖了微机控制、视频、光学、机械和数字图像处理等多种技术。针对现有LED显示系统数据传输和显示存在的缺陷和开发难度，本文提出并实现了一种新型的LED控制系统方案。本课题针对目前视频LED屏幕发展的需要，提出了基于单芯片的大屏幕网络控制系统。该方案充分利用Altera公司的NiosII软核处理器以及SOPC技术构建了网络控制器硬件平台。用C语言实现了

2、网卡芯片LAN91C111的驱动，用硬件描述语言VHDL和VerilogHDL实现了自定义IP核的设计。在SOPC系统中协调软硬件设计，通过添加自定义口核和优化网卡驱动程序，实现了TOE和RDMA功能，以及和外部SRAM构成大容量FIFO及相关外围时序逻辑。根据课题需要，将系统划分为若干功能模块，构建了基于单芯片的视频LED网络控制器系统，并对其关键技术进行了研究。本文共分七章，依次从多方面对项目的设计进行了详细的阐述。第一章阐述了课题的背景，对LED控制芯片、SOPC和TOE技术的现状和发展趋势做了分析，提出课题的任务：第二

3、章从整体结构上阐述了系统原理，分析了项目的需求，并根据项目需求，提出系统的设计方案，分析了如何在SOPC中实现TOE和RDMA功能，介绍了软硬件组成及开发工具；第三章介绍了系统硬件和自定义IP核的开发实现，包括DMA的使用，网卡功能的分析，IP／UDP协议接收端处理器和输出控制模块的设计步骤，用自定义IP核和外部SRAM构建了大容量FIFO，实现视频数据的码流缓冲；第四章介绍了系统的软件实现部分，着重讲述了网卡驱动的优化设计和DMA的HAL实现；第五章从控制器和整体系统两方面对项目设计进行了测试；最后一章对本系统的设计做了总结

4、，并对项目的后续设计进行了展望。本文从项目研究开发出发对基于单芯片的LED大屏幕网络控制器的设计过程进行了详细的描述和分析，并对各功能模块的实现做了仿真测试。系统在StratixEPlSl0F780C6上实现布局布线，当NioslI工作在50MHZ时，接收UDP包的带宽达到60Mbps。该系统共占用的逻辑单元为4558个，占总资源的43％。整体测试结果显示大屏图像流畅，无花屏现象，同时缩短了开发周期，降低了开发风险，具有一定的市场竞争力。关键词：SOPC；IP协议；FPGA；处理器设计AbstractInrecentyears

5、LEDtechnologyhasbeendevelopedveryquicklyandLEDColorDisplayhasbeenappliedwidly．ThedisplaytechnologyofLEDincludesmicrocontroller,video，opticsmechanicsanddigitalimagemanipulationetc．InordertoimprovethedefectsandsolvedifficultyofLEDdisplay,theauthorputsforwardanewscheme

6、ofLEDdisplaysystem．ThetopicstargetedatvideoLEDscreendevelopmentneeds，basedonthesingle—chiptothebigscreennetworkcontrolsystem．TheprogrammefullUSeofAltera'sNiosIIsoftcoreprocessorSOPCtechnology,嬲wellaSbuildinganetworkcontrollerhardwareplatforms．ThecardchipLAN91C1drive

7、rWaSdesignedwithClanguage，andthehardwaredescriptionlanguageVHDLandVerilogHDLWaSusedtoachieveacustomIPcoredesign．SOPCcoordinationinthesystemhardwareandsoftwaredesign，theadditionofcustomIPcoreandoptimizationDriverprocedures，andrealizationoftheTOERDMAfunctions，andexter

8、nalSRAM，aswell勰alarge-capacityFIFOandrelatedperipheralssequentiallogic．Accordingtopicneeds，thesystemisdividedintoanumberoffunctionalmodule