基于Nios II的多功能数码相框设计

文章摘要：3 LCD典型电源偏置电路设计面向LCD平板电源的DC／DC转换中采用了美国国家半导体拥有的最佳的电源解决方案LM2622。在用于数码相框的典型LCD平板显示器中，输入电源电压约为+5．O V。必须提供若干不同的电压，以使显示面板通过该输入电压实现最佳性能，通常情况下需用到升压转换器。可以利用LM2622在+5．0 V输入电压下提供若干不同的输出电压。图3中的电路显示了应如何配置LM2622，以提供+8 V，-8 V和+23 V的输出电压，这对于偏置TFT显示器而言是非常方便的。4 USB接口模块设计随着通用串行总线(USB)技术的飞速发展和应用领域不断扩大，已经实现了脱离PC而实现USB的点

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　　3 LCD典型电源偏置电路设计

　　面向LCD平板电源的DC／DC转换中采用了美国国家半导体拥有的最佳的电源解决方案LM2622。在用于数码相框的典型LCD平板显示器中，输入电源电压约为+5．O V。必须提供若干不同的电压，以使显示面板通过该输入电压实现最佳性能，通常情况下需用到升压转换器。可以利用LM2622在+5．0 V输入电压下提供若干不同的输出电压。图3中的电路显示了应如何配置LM2622，以提供+8 V，-8 V和+23 V的输出电压，这对于偏置TFT显示器而言是非常方便的。

　　4 USB接口模块设计

　　随着通用串行总线(USB)技术的飞速发展和应用领域不断扩大，已经实现了脱离PC而实现USB的点对点的数据传输，嵌入式USB主机能够脱离PC完成USB的点对点的数据传输。本系统采用的是NiosⅡ+USB接口芯片的方案，USB串行接口可以作为NiosⅡ的一个外设，接口芯片采用的是Cypress公司生产的SL811HS为主控制器的USB Host／Slave接口芯片。设计的原理方案图如图4所示。

　　SL811HS主控制器接口提供8位的数据总线及一些控制信号，如读写、片选等与外部CPU或微控制器进行连接。并且，L811HS接口为外部提供简单的地址线A0，支持可编程I／O或存储器映射设计。通过对SL811HS的读写时序与Avalon总线读写时序的分析，采用了SL811HS中的A0寻址模式与Avalon总线的“具有一个固定等待的从端口读／写传输”时序，SL811HS的地址和数据均通过D[7．．O]分时传输，通过A0(数据／地址选择线)电平的高低加以区分。当A0置为低电平时，D[7．．O]上传输的是SL811HS片内寄存器／缓冲区的地址，反之高电平则为数据。在A0模式下，SL8llHS正常的读写操作支持地址自动加1模式，即在此模式下微控制器只设置地址仅仅一次，紧接下一个时钟的读写操作SL811HS内部地址指针将会自动跳到下一个数据位置。nWR，nRD，nCS，nRST分别为写控制线、读控制线、片选线和复位线，均是低电平有效，NiosⅡ通过这几根控制线完成对SL811HS片内缓冲区读写、片选和复位等操作。INTRQ是中断请求信号线。当SL8llHS检测到外设插入、拔出或者数据发送错误、超时、数据溢出等异常情况时，通过将INTRQ置高电平通知NiosⅡ。Avalon总线为用户提供了非常友好的接口，在SL811HS与Avalon总线的接口转换Verilog代码中，只需建立SL81lHS端口与Avalon总线端口的映射关系即可。如图5所示。

　　5 系统软件设计部分

　　对基于NiosⅡ的SOPC系统进行编译并下载到FPGA中生成硬件系统，同时SOPC Builder帮助用户生成相应的SOF文件，在此基础上，开始系统软件的设计。本系统软件部分是在Altera公司提供的软件集成开发工具IDE中，以C语言形式，在硬件抽象层(HAL)函数支持下设计的。

　　软件的开发顺序为：硬件驱动程序一操作系统移植→建立文件系统→应用程序设计。系统软件开发均在NiosⅡ集成的μC／OS-Ⅱ操作系统上完成。在多功能数码相框系统中建立了Task_Main(主控任务)、Task_Gui(GUI图形化人机交互界面显示任务)、Task_Music(音乐播放控制任务)等三个任务。利用消息邮箱机制，μC／OS-Ⅱ操作系统对这三个任务进行调度管理。

　　为了实现系统所需要的图形人机界面，还必须在系统开发平台进行嵌入式用户图形系统的设计，从而建立一个满足实时性和快速性的人机交互系统。图形用户界(Graphical User Interface)一直是计算机的重要组成部分，对于嵌入式系统而言也是如此。在嵌入式GUI方面选择了Micrium公司开发的通用嵌入式图形用户界面软件μC／GUI，它是μC／OS-Ⅱ操作系统的专用GUI，可以实现与μC／OS-Ⅱ实时操作系统的完美结合。

　　6 结语

　　该系统的所有硬件结构都是在SOPC下集成的，具有的好处在于硬件的可重构与可重配置，并且采用从上而下的设计流程使得系统设计周期大大缩短。还介绍了包括LCD背光电路，电源偏置电路，及USB接口模块的详细设计。利用NiosⅡ软核处理器与Avalon总线的仲裁机制和嵌入到NiosⅡ中的操作系统，完成了各个功能模块的任务调度，稳定与提高了整个系统的性能，简化了系统的设计，为家用电子产品领域的开发和应用开辟了新的途径。

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