精品本科毕业论文设计基于NiosII系统的MP3播放器的设计.docx
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精品本科毕业论文设计基于NiosII系统的MP3播放器的设计
基于NiosII系统的MP3播放器的设计
摘要
近年来，数码产品更新换代的速度很快，从当初的分立元件到现在的集成芯片，产品体积越来越小，而所展现出来的功能则日益强大。
它们极大的丰富了我们的日常生活。
SOPC（SystemonaprogrammableChip,片上可编程系统）是Altera公司提出的一种灵活、高效的SOC解决方案,它将处理器、存储器、I/O口、LVDS、CDR等系统设计所需要的模块集成到一个PLD器件上，具有可裁剪、可扩充、可升级，并具备软硬件在系统可编程等优点。
本文提出一种基于NiosII处理器的MP3播放器的具体实现过程，系统基于Altera公司的DE2开发平台进行设计，并利用板上的SD卡作为存储设备，在NiosII处理器上实现MP3的播放、TXT文件的读取以及LCD液晶显示等功能。
硬件设计主要利用SOPCBuilder，将处理器、存储器和其它所需的外设IP核添加进去，生成一个完整的自己定制的NiosII软核系统。
再结合QuartusII中集成的EDA工具，将其下载到FPGA芯片中，获得恰好满足需求的定制系统。
软件设计在NiosII的IDE环境中进行，用C语言编程实现SD卡中存储的MP3和TXT文件的读取，以及LCD显示、MP3音乐的播放以及按键的控制。
整体设计对SOPC系统软硬件协同的相关技术进行了初步研究。
软硬件协同设计协调软硬件开发过程并行开展，一方面可以缩短设计周期，极大地提高设计效率；另一方面可以根据系统各个部分的特点和设计约束，选择软件或者硬件实现方式，得到高性能，低成本的优化设计方案。
运用SOPC设计理念来设计数码产品，能在较短的时间内完成开发过程，还能满足技术不断更新换代的需要。
将当前先进的Nios软核技术应用于电子电路设计当中去，对于了解和掌握这种工具有重要的意义。
关键词 SOPC（片上可编程系统）；NiosII；MP3；软硬件协同设计；
NiosIISystemBasedontheDesignofMP3Players
Abstract
Inrecentyears,digitalelectronicproductsrenewveryfast.Fromtheoriginaldiscretecomponentstothecurrentintegratedchips,theseproductsshowinguswithmuchpowerfulfunctionswhiledecreasingtheirsizes.Theyprovidesusagreathelpfordailylife.
Sopc（SystemonaprogrammableChip）isaflexibleandefficientSOCsolutionproposedbyAlteraCorporation.Itputmodulesthatarenecessarylikeprocessor,memory,input/outputinterface,LVDSandCDRtogetherintoaPLDdevice.Asaresult,thesystemcanbecut、expand、upgradedatourwill,hardwareandsoftwareareprogrammablein-systematthesametime.
ThispaperpresentsaNiosIIprocessor-basedMP3Players,thesystemisbasedonAltera'sDE2developmentplatformusingtheSDcardontheboardasstoreequipmenttoachievefunctionslikeMP3playing,txtfilereadingandLCDdisplaying.
HardwaredesigniscompletedinSopcBuilder,Throughaddingtheprocessor、memoryandotherIPcoresoftheperipheralstotheirowncustomizedSOPCcontrolsystem,generatingaNiosIIsoft-coresystemsofcustomizedcompletely.CombinedwithQuartusIIEDAtools,wecanpreciselymeetthedemandofthecustomizedsystemafterdownloadthecoreintotheFPGAchips.ThedesignofthesoftwarepartwascompletedintheNiosIIIDEenvironment,andfunctionslikereadingtheTXTandMP3filesstoredintheSDcard,LCDdisplaying,MP3musicplayingandbuttonscontrollingcanbeachieved.AllofthiscanbeprogrammedbyC.
ThisthesisEmphasizeonthefollowingkeytechniquesinhardware/softwareco-design,itistheintegrationofspecification,synthesisandsimulationofhardwareandsoftwarewithunifieddesigntools.Byusinghardware/softwareco-design,thedesigncyclecanbeshortenedanddesignefficiencycanbeimproved.Ontheotherhand,designerscanchoosehardwareorsoftwareimplicationmethodforsystemfunctionsaccordingthecharacteristicoffunctionandthedesignconstraints,inordertoachievehighperformance,lowcostdesign.
ThroughapplyingtheSOPCdesignconceptintotheprocessofdesigningdigitalproducts,periodofthedevelopmentprocesscanbeshortened.Needsoftheupgradingtechnologycanbemetatthesametime.It'sveryimportanttoapplytheadvancedNIOSsoft-coreintoelectroniccircuitdesign,whichcanhelpustounderstandandmasterthiskindoftechnology.
Keywords SOPC（SystemonaProgrammableChip）;NiosII;MP3;Hardware/softwareCo-design
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摘要
Abstract
第1章绪论1
1.1课题背景1
1.1.1可编程片上系统1
1.1.2软硬件协同设计2
1.1.3嵌入式系统2
1.1.4MPEGLayer33
1.2国内外文献综述4
1.3论文研究内容5
第2章SOPC技术及软硬件协同方案6
2.1FPGA器件基本原理6
2.2Sopc设计技术6
2.3软硬件协同技术9
2.4本章小结10
第3章MP3播放器硬件系统设计方案11
3.1MP3原理11
3.2MP3播放器的系统需求11
3.3MP3播放器的软硬件划分及组成模块介绍12
3.3.1MP3解码硬件电路方案设计及实现12
3.3.2I2C总线协议及应用14
3.3.3SD卡简介及FAT16文件系统构成介绍16
3.4系统硬件结构设计21
3.5基于NiosII的软硬件协同设计策略21
3.6本章小结23
第4章系统软件设计及实现24
4.1系统整体程序流程图24
4.2各功能模块设计方案24
4.2.1读取SD卡方案24
4.2.2LCD16027液晶模块显示25
4.2.3播放MP3音乐方案26
4.2.4通过I2C总线与STA013通讯28
4.3本章小结28
第5章系统设计的实现及调试29
5.1SOPCBuilder下定制系统模块29
5.1.1DE2资源29
5.1.2系统的定制及生成30
5.1.3硬件系统编译31
5.1.4FPGA的配置37
5.2NiosII下的程序开发37
5.3本章小结40
结论41
致谢42
参考文献43
附录A44
附录B49
附录C53
附录D54
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第1章绪论
1.1课题背景
随着时代的发展、科技的进步，各种电子产品已经成为人们日常生活中不可或缺的一部分，我们的日常生活、工作及学习方式也因此发生了极大的改变。
各式各样的数码产品，它们不仅体积小巧，而且功能强大，这些产品在我们的生活中扮演着重要的角色，因为它们丰富并改善着我们的生活。
由于核心器件及一些知识产权的成本居高不下，一些电子产品的售价让消费者望而生畏。
由于目前各种技术更新很快，开发商唯有跟上时代，不断更新自己的产品，才能满足消费者更高的需求，在竞争中求得生存。
传统器件及设计中的诸多缺陷很难适应当前的需要，如何在短时间内开发出满足需求的产品，是当前亟待解决的难题。
1.1.1可编程片上系统
当今社会是数字化的社会，是数字集成电路广泛应用的社会。
数字集成电路本身在不断地进行更新换代。
它由早期的电子管、晶体管、小中规模集成电路、发展到超大规模集成电路（VLSIC，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（ASIC）芯片，而且希望ASIC的设计周期尽可能短，最好是在实验室里就能设计出合适的ASIC芯片，并且立即投入实际应用之中，因而出现了现场可编程逻辑器件（FPLD），其中应用最广泛的当属现场可编程门阵列（FPGA）和复杂可编程逻辑器件（CPLD）。
现场可编程门阵列（FPGA）是一种半导体器件，可以在制造完成后进行编程。
FPGA硬件功能不是预先确定好的，而是支持您对产品特性和功能进行
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