基于Nios Ⅱ软核处理器的网络化视频监控系统的研究

论文摘要

本文在对Nios II软核处理器和视频监控系统深入理解的基础上,提出了基于现场可编程逻辑门阵列的网络化视频监控系统的设计方案,以实现对实时视频信号的采集和传输。在详细分析了课题的设计需求后,对系统各个模块的设计进行了分析,确定了系统总体设计方案。系统主要由视频数据采集电路、处理器电路、存储电路及以太网传输电路等部分组成。为满足系统功能设计的需求,提出以Cyclone系列FPGA为控制核心,以Altera公司的Quartus II、Nios II IDE为开发工具,利用SOPC技术构建了网络硬件开发平台,并采用TCP/IP协议栈实现信息数据的网络化传输。设计过程中,分析了相关器件的主要功能,给出了各功能模块的设计规划及部分电路的具体实现方法。与传统的监控设备相比,本设计基于目前业界领先的SOPC技术,在FPGA上构建了一个灵活的32位嵌入式硬件系统,将CPU、相关控制器及一些功能单元通过自行配置集成在一块芯片上,在提升整体性能的基础上,增加了系统的集成度,并可根据用户的需求进行硬件上的自由裁减,同时以嵌入式操作系统μClinux作为软件平台,使图像的采集和网络传输更为稳定可靠。通过本文的研究,提出了以可编程逻辑器件为核心,以网络为信息传输媒介的视频监控系统的设计方案。详细介绍了系统的实现原理和基本功能,主要完成了系统硬件部分的设计,并对设计中关键技术和具体实现方法进行了分析和讨论。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及来源
• 1.2 视频监控系统研究状况
• 1.2.1 国外研究状况
• 1.2.2 国内研究状况
• 1.2.3 视频监控系统发展趋势
• 1.3 本课题研究的主要内容
• 1.4 本章小结
• 第2章 总体方案设计
• 2.1 方案概述
• 2.1.1 方案设计原则
• 2.1.2 系统设计工作的技术关键
• 2.2 NIOS II 软核处理器技术特点
• 2.3 NIOS II 设计平台
• 2.3.1 Quartus II 概述
• 2.3.2 Nios II CPU 开发工具——SOPC Builder
• 2.3.3 软件开发调试工具——NIOS IDE
• 2.4 基于NIOS II 软核处理器的SOPC 系统设计
• 2.5 本章小结
• 第3章 系统硬件设计
• 3.1 硬件结构设计
• 3.2 基于FPGA 软核的嵌入式系统
• 3.2.1 FPGA 芯片的选择
• 3.3 定制IP 核
• 3.4 电源电路
• 3.5 晶振电路及复位电路
• 3.6 存储模块设计
• 3.6.1 FLASH 控制器设计
• 3.6.2 SDRAM 控制器设计
• 3.6.3 专用串行配置器件EPC51 接口电路
• 3.7 网络接口设计
• 3.8 串口配置
• 3.9 按键PIO 与LED PIO 配置
• 3.10 JTAG 配置
• 3.11 视频采集接口设计
• 3.11.1 图像采集芯片介绍
• 3.11.2 图像采集系统工作原理
• 3.11.3 USB 控制器的实现
• 3.12 PCB 设计
• 3.13 本章小节
• 第4章 网络传输系统的软件设计
• 4.1 软件设计方案
• 4.2 嵌入式操作系统
• 4.2.1 Linux 操作系统
• 4.2.2 嵌入式操作系统μCLinux
• 4.2.3 应用于Nios II 的μClinux
• 4.2.4 TCP/IP 协议栈在μClinux 中的应用
• 4.3 嵌入式WEB 服务器
• 4.3.1 WEB 服务器设计原理
• 4.3.2 WEB 服务器的配置和移植
• 4.3.3 CGI 接口设计
• 4.4 图像采集软件设计
• 4.4.1 Vide041inux 介绍
• 4.4.2 JPEG 介绍
• 4.4.3 图像捕捉程序设计
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢