自动语音记录系统（AVRS）的SOPC设计与实现

文章摘要： 本系统的设计中采用了Stratix EP1S125，利用它可完成对多通道通话全程实时监测、录音和存储等功能。3.2 Nios软核处理器 Nios软核处理器是一种流水线技术、单指令流的32位RISC内嵌处理器，其性能超过200 DMIPS。它针对Altera的可编程逻辑器件和片上可编程系统的设计思想做了相应优化。作为一种可配置的通用RISC处理器，它可以与用户自定义逻辑结合构成SOC系统，并下载到Altera的可编程器件中去。32位Nios软核处理器结合外部闪存以及大容量存储器，可构成一个功能强大的32位嵌入式处理器系统，其大部分指令可以在一个时钟周期内完成。Nios软核处理器家

自动语音记录系统（AVRS）的SOPC设计与实现,标签：电子小制作,http://www.88dzw.com

    本系统的设计中采用了Stratix EP1S125，利用它可完成对多通道通话全程实时监测、录音和存储等功能。

3.2  Nios软核处理器
    Nios软核处理器是一种流水线技术、单指令流的32位RISC内嵌处理器，其性能超过200 DMIPS。它针对Altera的可编程逻辑器件和片上可编程系统的设计思想做了相应优化。作为一种可配置的通用RISC处理器，它可以与用户自定义逻辑结合构成SOC系统，并下载到Altera的可编程器件中去。32位Nios软核处理器结合外部闪存以及大容量存储器，可构成一个功能强大的32位嵌入式处理器系统，其大部分指令可以在一个时钟周期内完成。Nios软核处理器家族包括32位和16位两种版本的体系结构。

3.3  PCM编解码电路
    本系统设计中的PCM编解码电路采用了IDT821064编解码芯片，它提供了4个独立模拟音频通道，适合用于企业和运营商级的网络、无线网络、接入网络市场中的通信设备，具备完善的可编程性而无需外部组件，设计中根据所需要录音的通道数可以通过增加相应的IDT821064即可满足要求。IDT821064可进行阻抗匹配、音调生成、混合线圈平衡响应修正和增益设定，可依据系统结构选择适当的微处理器接口（MPI）或通用通信接口（GCI），它采用64脚的PQFP封装[2]。

    设计中Nios软核需要针对每个IDT821064提供GCI接口控制信号，考虑到控制指令一般只发送一两次，没有必要占用过多的资源，并且为了方便调试，选用了可以独立操作的PIO，通过软件对它们置位和复位来发送控制命令。

    图3是GCI接口时序图，DCL是数据时钟信号，FSC是帧同步信号，DD/DU是数据输出/输入信号。根据此时序图，我们可以编写相关HDL代码实现PCM串行数据的接收和发送。

3.4  IDE硬盘的控制
    IDE接口的硬盘驱动器提供了两种数据传输模式：PIO模式和DMA模式。由于PIO模式控制相对容易，提供了一种编程控制输入输出的快速传输方法。该模式采用了高速的数据块I/O，以扇区为单位，用中断请求方式与CPU进行批量数据交换。在扇区读写操作时，一次按16位长度通过内部的高速PIO数据寄存器实现传输。通常情况下，数据传输以扇区为单位，每传输一扇区数据产生一个中断。

    如果CPU要对硬盘进行写数据操作，首先CPU把必要的参数写入对应的地址寄存器，等待DRDY有效，然后将操作码写入命令寄存器，同时驱动器设置状态寄存器的DRQ位，表示准备好接收数据，CPU通过数据寄存器将数据写入扇区缓冲区，当扇区缓冲区填满后，驱动器清除DRQ位，并置位BSY。驱动器将扇区缓冲区中的数据写入磁盘，当写盘结束，清除BSY位，发中断请求信号INTRQ，CPU接收到中断信号后，读驱动器状态寄存器，同时将中断信号INTRQ清除。

    如果CPU要对硬盘进行读数据操作，首先将参数写入地址寄存器和特性寄存器（如果需要），然后把命令码写入命令寄存器，命令开始执行。这时驱动器置状态寄存器中的BSY=1，同时将硬盘上指定扇区内的数据送入扇区缓冲区。当扇区缓冲区准备好数据后，置位DRQ，清BSY，发中断请求信号INTRQ。CPU检测到中断后，读取状态寄存器，测试ERR位，若等于1则转入出错处理，否则若DRQ位为1，CPU从扇区缓冲区中读取数据，数据读完后，驱动器复位DRQ位，然后驱动器重新设置BSY位[3]。

4  软件设计
    软件设计包括配置生成SOPC系统、嵌入式操作系统的移植、语音压缩算法的设计、应用级代码编写及调试等部分。下面对其作简单介绍。

4.1  配置生成SOPC系统
    SOPC是SoC技术和可编程逻辑技术结合的产物，是一种特殊的嵌入式系统。首先它是SoC，即可以由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能；其次，它还是可编程系统，具有灵活的设计方式，可裁减、可扩充、可升级，并具备一定的系统可编程功能。SOPC 设计技术涵盖了嵌入式系统设计技术的全部内容，包括：以处理器和实时多任务操作系统（RTOS）为中心的软件设计技术、以PCB和信号分析为基础的高速电路设计技术、软硬件协同设计技术。

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