论文摘要
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语言实现了网卡芯片LAN91C111的驱动,用硬件描述语言VHDL和Verilog HDL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IP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,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Stratix EP1S10F780C6上实现布局布线,当NiosII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。
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摘要Abstract第一章 绪论1.1 课题研究背景1.2 国内外发展现状1.2.1 LED 像素芯片发展现状1.2.2 SOPC 发展现状1.2.3 TOE 技术发展现状1.3 本课题的主要任务第二章 控制器系统总体方案设计2.1 系统原理2.2 项目需求2.2.1 处理器选型2.2.2 系统的功能规划2.3 系统的软、硬件组成2.3.1 系统的硬件构成2.3.2 系统的软件组成2.4 系统的开发工具2.4.1 QuartusII 的使用2.4.2 SOPC Builder 的使用2.4.3 NiosII IDE 的使用2.5 本章小结第三章 系统的硬件和自定义IP 核的设计实现3.1 SOPC 中DMA 的应用设计3.1.1 DMA 的功能3.1.2 DMA 的寄存器3.2 网卡芯片LAN91C111 的应用设计3.2.1 LAN91C111 简介3.2.2 LAN91C111 与处理器的接口3.2.3 LAN91C111 相关寄存器介绍3.3 IP/UDP 协议接收端的应用设计3.3.1 IP 协议简介3.3.2 IP 协议处理器特点3.3.3 IP/UDP 协议接收端的模块划分3.3.4 输入接口模块的设计和仿真3.3.5 缓冲器模块的设计和仿真3.3.6 报头校验模块的设计和仿真3.3.7 控制状态机模块的设计3.3.8 输出信号产生模块的设计和仿真3.3.9 IP/UDP 模块仿真和分析3.4 数据缓冲器的应用设计3.4.1 数据缓冲器的简介和工作原理3.4.2 数据缓冲器的模块划分3.4.3 数据缓冲器的描述和仿真3.5 本章小结第四章 网络控制器的软件设计4.1 HAL 系统库简介4.2 LAN91C111 驱动程序设计4.2.1 软件驱动和硬件的关系4.2.2 LAN91C111 的早期收发性能4.2.3 LAN91C111 操作流程4.2.4 接受一帧数据的处理函数4.3 DMA 的程序设计4.3.1 DMA 发送信道4.3.2 DMA 接收信道4.3.3 SOPC 中DMA 的HAL 实现4.4 本章小结第五章 系统的实现和测试5.1 实现步骤5.1.1 硬件系统编译5.1.2 上位机程序和LED 像素芯片5.1.3 系统的整体测试5.2 系统的参数5.3 本章小结第六章 总结及展望6.1 总结6.2 展望致谢参考文献附录：攻读硕士学位期间发表的论文和参与的项目
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