基于SOPC的远程图像监控系统的设计与实现

论文摘要

近几年来,在国民经济快速发展,人民生活质量普遍提高的背景下,在计算机、网络以及图像处理、视频图像压缩等技术不断进步的基础上,视频图像监控系统已经越来越广泛的出现于政府,学校,银行,军队和家庭等各种场合中,并且呈现多样化的发展走势,越来越多的具有数字化、网络化、实时性等特性。本文是一种基于SOPC技术的远程视频图像监控系统的设计方案。SOPC是近几年兴起的一种用于嵌入式开发的片上系统可编程技术,此技术在FPGA中实现微处理器,使得它不仅拥有微处理器系统的丰富软硬件资源,还具备FPGA系统的快速逻辑。与传统的实现方案相比,该方案降低了系统的成本,复杂性和功耗。本文的主要工作如下:（1）研究了视频图像监控系统的发展历程及SOPC技术的相关知识。（2）研究并设计了基于NiosⅡ嵌入式处理器的SOPC系统的硬件设计及整体硬件平台。（3）研究了CMOS图像传感器的工作原理及实现方式,并完成了图像采集与存储模块。（4）研究了uC/OS-Ⅱ实时操作系统的系统结构及编程模型,完成了uC/OS-Ⅱ在NiosⅡ处理器上的运行。（5）研究了TCP/IP协议的架构及原理,基于DM9000芯片设计了底层驱动,并成功在此基础上实现LwIP网络协议栈。（6）使用SignalTapⅡ等调试工具对系统进行了调试与分析,掌握了SOPC技术的软硬件调试方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 视频图像监控系统的研究现状及发展态势
• 1.1.1 模拟视频监控系统
• 1.1.2 数字视频监控系统
• 1.1.3 视频图像监控系统发展趋势
• 1.2 SOPC技术简介
• 1.2.1 SOC与SOPC技术
• 1.2.2 SOPC与MCU、DSP和FPGA
• 1.3 本论文的选题和研究内容
• 第二章 系统总体方案设计
• 2.1 系统的功能与结构
• 2.2 系统方案对比与分析
• 2.2.1 基于MCU+ASIC方案分析
• 2.2.2 基于DSP方案分析
• 2.2.3 基于SOPC方案分析
• 2.3 SOPC系统及组件
• 2.3.1 Nios软核嵌入式处理器
• 2.3.2 Avalon总线
• 2.3.3 外围设备
• 2.4 基于SOPC系统的开发流程
• 2.4.1 系统硬件子系统开发流程
• 2.4.2 系统软件子系统开发流程
• 第三章 系统硬件部分设计
• 3.1 系统总体框图
• 3.2 CMOS图像传感器模块
• 3.2.1 工作原理
• 3.2.2 硬件连接
• 3.3 图像输入模块
• 3.3.1 图像采集模块
• 3.3.2 图像转换模块
• 3.3.3 图像存储模块
• 3.4 网络接口模块
• 3.4.1 DM9000硬件接口设计
• 3.4.2 DM9000硬件抽象驱动设计
• 3.5 SOPC系统模块生成
• 第四章 系统软件部分设计
• 4.1 uC/OS-II操作系统
• 4.1.1 uC/OS-II的系统结构
• 4.1.2 uC/OS-II的工作原理及特点
• 4.1.3 uC/OS-II的在NiosII上移植
• 4.2 网络协议栈设计
• 4.2.1 网络体系结构
• 4.2.2 LwIP协议栈
• 4.2.3 图像传输程序设计
• 4.3 应用级代码
• 4.3.1 uC/OS-II编程模型
• 4.3.2 应用级程序设计
• 第五章 系统测试与分析
• 5.1 系统测试环境的建立
• 5.2 图像采集测试
• 5.2.1 SignalTap II逻辑分析仪简介
• 5.2.2 应用SignalTap II进行测试
• 5.3 网络传输测试
• 5.3.1 MAC地址设定
• 5.3.2 IP地址设定
• 5.3.3 数据传输测试
• 第六章 结论和展望
• 6.1 本论文研究总结
• 6.2 前景展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者攻硕期间取得的成果