车载视频点播系统中视频点播服务器关键技术的研究

论文摘要

随着现代信息技术、电子技术、计算机控制技术、以及汽车装备技术的不断发展,新兴的电子应用系统——车载视频点播系统应运而生,且越来越受到市场的关注。目前的车载视频点播系统大多数用PC机作为视频点播服务器,这些系统体积庞大,而且安装和维护都比较复杂,只能应用在铁路客车的车厢上,还无法安装在公路客车或者飞机等这类对体积和重量有特殊要求的场所。本论文中根据国内市场的现状,车载视频点播系统的发展趋势以及人们对车载电子系统能具备的功能需求和期盼,提出了用嵌入式系统实现功能整合的综合性解决方案。论文详细介绍了车载视频点播系统中视频点播服务器所涉及的关键技术、软硬件设计方法及实现方案。在方案中,选用FPGA系统作为硬件开发平台。以FPGA作为车载视频点播系统——视频点播服务器的主控芯片,利用FPGA技术进行硬件和软件协同设计,以满足高性能处理要求、灵活性要求及降低成本的目标。系统的主要功能有:1.视频点播功能,一个视频点播服务器可以处理至少六十四个视频点播终端的并发点播请求。2.视频广播功能。3.综合信息服务,包括:天气预报、航班时刻及周边环境介绍等。4.滚动字幕显示,将即时信息以游动字幕的方式叠加在视频点播系统的电视图像上。论文的第一个重要研究内容是如何利用FPGA将视频数据流从硬盘中读出,包括FAT32文件存储系统、硬盘数据读写原理、DMA控制器的设计以及软件程序设计等。论文的第二个重要研究内容是视频服务器和各点播终端之间通讯网络的实现,视频数据流通过光纤发送到各个终端,每个终端的点播信息通过CAN总线发送到视频服务器。最后,根据本系统实际运行取得的结果,总结分析了本系统的特点。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 车载视频点播系统的研究现状
• 1.2 课题的来源
• 1.3 本课题研究的重要意义及系统主要功能
• 1.3.1 本课题的重要意义
• 1.3.2 本车载视频点播系统的主要功能
• 1.4 本文的主要研究内容
• 2 系统的总体方案设计及需要解决的关键技术
• 2.1 系统的总体方案设计
• 2.2 点播服务器硬件平台设计方案
• 2.2.1 点播服务器硬件设计原则
• 2.2.2 处理器的选择
• 2.2.3 FPGA 的优点
• 2.2.4 点播服务器硬件系统总体框图
• 2.3 基于FPGA 的嵌入式系统软核的选择
• 2.3.1 选择的依据
• 2.3.2 Nios II 软核处理器的优点
• 2.3.3 视频点播服务器的双Nios II 核心处理器系统
• 2.4 系统技术指标分析
• 2.4.1 解码芯片对视频数据流速率的要求
• 2.4.2 硬盘数据传输速率
• 2.4.3 DMA 控制器的数据传输能力
• 2.4.4 点播服务器驱动能力计算
• 2.5 需要解决的关键技术
• 2.5.1 FAT32 文件系统存储原理的研究
• 2.5.2 硬盘的硬件接口
• 2.5.3 串行化与光纤传输技术
• 2.5.4 SOPC 及Nios II 技术
• 3 高速数据传输技术研究
• 3.1 影音文件存储规划
• 3.2 乒乓操作
• 3.3 SDRAM 改造成SRAM
• 3.4 数据打包传输
• 3.5 I/O 端口时序优化
• 3.5.1 时钟到输出延时（tco）优化
• 3.5.2 设置信号建立（tsu）和保持（th）时间
• 3.5.3 执行时序驱动编译
• 3.6 高速数字逻辑中的时钟设计
• 3.7 电磁兼容性设计
• 3.7.1 电磁兼容的基本概念
• 3.7.2 噪声的来源
• 3.7.3 控制噪声源
• 3.7.4 减小噪声耦合
• 3.7.5 减小噪声接收
• 4 SOPC 技术在本设计中的应用
• 4.1 基于SOPC 的软硬件协同设计思想
• 4.1.1 软硬件协同设计的内容
• 4.1.2 软硬件协同设计的系统结构
• 4.1.3 软硬件协同设计流程
• 4.1.4 视频点播服务器系统的软硬件设计划分
• 4.2 系统的软硬件开发环境
• 4.2.1 Quartus II 6.0
• 4.2.2 嵌入式逻辑分析仪
• 4.2.3 SOPC Builder
• 4.2.4 Nios II IDE 集成开发环境
• 4.3 IP 核定制技术
• 4.3.1 添加通用IP 核
• 4.3.2 设计自己的IP 核
• 4.4 逻辑锁定技术
• 4.4.1 Logic Lock 的目标
• 4.4.2 Logic Lock 设计流程的步骤
• 5 车载视频点播系统硬件电路设计
• 5.1 时钟电路
• 5.2 电源电路
• 5.3 配置电路
• 5.4 存储器电路
• 5.4.1 FLASH 存储器
• 5.4.2 SDRAM 存储器
• 5.4.3 SD 卡存储器接口
• 5.5 CAN 总线接口设计
• 5.6 USB 接口电路
• 5.7 光发射模块接口电路
• 6 系统软件设计
• 6.1 显示界面设计
• 6.1.1 人机接口总体方案设计
• 6.1.2 OLED 显示屏
• 6.1.3 动态扫描键盘
• 6.1.4 显示程序软件设计
• 6.2 DMA 控制器的设计
• 6.2.1 DMA 控制器结构
• 6.2.2 DMA 状态机
• 6.2.3 DMA 控制器程序流程图
• 6.3 双处理器系统及握手模块
• 6.3.1 多处理器系统
• 6.3.2 多处理器系统的两种应用方式
• 6.3.3 Nios II 多处理器设计的注意点
• 6.3.4 多处理器握手模块
• 6.4 CAN 总线协议制定
• 6.4.1 CAN 总线工作原理
• 6.4.2 CAN 协议分层结构
• 6.4.3 CAN 总线技术规范及报文传送
• 6.4.4 本系统CAN 通讯协议设计
• 7 实验
• 7.1 DMA 控制器的仿真
• 7.2 传输总线控制器的仿真
• 8 总结与展望
• 8.1 工作总结
• 8.2 本系统的特点
• 8.3 展望
• 致谢
• 硕士期间发表（录用）论文