基于Nios II的音频播放器硬件实现
基于NiosⅡ软核处理器的嵌入式MP3播放器
系统和 ＭＰ ３解码算法。详细介绍 了如何运用 ＳＯＰＣ技术设计基于 Ｎｉｓ Ｉ软核处理器 的嵌人式 ｏ Ｉ Ｍｏ ｌ Ｍ ３ Ｃ Ｏ — ｌ Ｚ Ｇ Ｆ ｉ ｌ Ｐ Ｕ ／ Ｓ ｌ Ｌ ／ Ｓ文件系统 ｓ
Ａ ｓｒｃ： ｈ ｐｐ ｒ ｔ ｄ ｃｄ Ｏ Ｃｓｓ ｍ－ｎａｐ ｒｍｍａｌｃｉ） ｅｉｎ ｒ ｃ ｌ ， ＣＯＳＩ Ｚ Ｇ／Ｓ ｌｓｓ ｍ， ｂ ｔａｔＴ ｅ ａｅ ｉ ｒ ｕｅ Ｓ Ｐ （ ｔ ｏ － ｍｇａ ｎｏ ｙｅ － ｂｅ ｈｐ ｄｓ ｐｉ ｉ ｅ Ｕ ／ －， Ｌ Ｆ ｆｅｙｔ － ｇ ｎ ｐｓ Ｉ ｉ ｅ Ｓ ａｄｓｓ ｍ ｄ ３Ｄ ｃｄｒ ｎ ｅｃ ｂｄ ｏ ｔ ｕｅ ｙｔ ｏ －・ｒｇａ ＤＣ ｒ ｔ ａ ｅｏ ｅ ｄ ｓ ｒ ｅ ｗ ｓ ｓ ｍ－ｎａｐｏ ｒ ｙ ｅ ｎ ＭＰ Ａ ｄ ｉ ｈ ｏ ｓ ｅ ｍｍａｌ－ｈ （Ｏ Ｃ ｄｓ ｎ ｒ ｃ ｌ ｂｅ ｉ Ｓ Ｐ ） ｅｉ ｉ ｉ ｅ ｃｐ ｇ ｐｎ ｐ ｓ
核控制所需要的 Ｓ Ｉ Ｄ Ｐ 、 ＭＡ等外 设可以灵活添加和改
造。
２ ）价格低 廉。对于一般的应 用而 言，用户添加 ＮｉｓＩ软核几乎不增加成本 ， ｏ Ｉ 而且一块 Ｆ Ｇ Ｐ Ａ可以在 不增加成本的情况下实现 多核 。 ３ ）开发迅速 。 ｔｒ 对大多数外 设开发 了相应的 Ａｌ ａ ｅ 驱动程序 ，使得硬件验证和软件开发的速 度加快 ，缩 短产 品研发和上市时间、可靠性增强 。 １２ ｕ ／ ｓ ｉ简介 ． ｃ ｏ － Ｉ 随着嵌入式系统应 用要求的不断提高，系统资源 的进一步丰富 ，系统的 复杂程度也不断提高 ，越来越 多的工程师在他们的项 目开发 中选择 嵌入式 实时操作
基于Nios Ⅱ的音频播放器设计与驱动开发
基于Nios Ⅱ的音频播放器设计与驱动开发作者：冯新宇蒋洪波祁红岩来源：《现代电子技术》2010年第04期摘要:采用TOP-DOWN设计方法,在DE2开发平台上完成音频播放器设计。
设计主要包括Nios Ⅱ软核处理器、音频控制器、I2C控制器和IDE接口等IP核构成的Nios Ⅱ系统,在此基础上完成μClinux操作系统移植以及完成基于HAL层的音频驱动器的驱动程序开发,最后用C语言在Nios Ⅱ系统上编写应用程序进行测试。
该实现方法即是下一代消费类电子发展的趋势,也是集成电路发展的一个趋势。
关键词:SoPC;音频控制器;HAL;系统移植中图分类号:TP311文献标识码:A文章编号:1004-373X(2010)04-097-05Design and Driver Development of Audio Player Based on Nios ⅡFENG Xinyu,JIANG Hongbo,QI Hongyan(Heilongjiang Institute of Science and Technology,Harbin,150027,China)Abstract:Using TOP-DOWN design method to develop audio player in the DE2 platform.The system mainly consists of Nios Ⅱ soft-core processor,audio controller,I2C controller,IDE interface and other IP cor e.It completes the μClinux operating system transplantation and driver drives of HAL,using C language write test bench for it.The method is trend of the next generation of consumer electronics and IC.Keywords:SoPC;audio controller;HAL;system transplantation0 引言随着集成电路的发展,嵌入式系统发生了深刻的变革,各种消费类电子产品、终端设备都采用了嵌入设计技术。
NIOSII软件硬件开发流程
Under your Quartus II folder, go to “bin->cygwin->bin” folder, select the following files in the list below and then right-click and choose Properties. Under the Compatibility tab, check “Run this program in compatibility mode for:” and choose “Windows XP (Service Pack 2)”. Check “Run this program as an administrator”, as well.
编译过程可能遇到系统兼容性等问题，出现编译错误，解决办法如下：
（1）WIN7下，NIOSII IDE中关于cygwin编译报错的处理
2 [main] ? (1800) d:\altera\11.0\quartus\bin\cygwin\bin\make.exe: *** fatal error -couldn't allocate heap, Win32 error 487, base 0xB00000, top 0xC90000, reserve_size 1634304, allocsize 1638400, page_const 4096
需要的内存限制，单位是十进制MB。也可以用cygwin中的regtool完成该设置。例子如下：
regtool-iset/HKLM/Software/Cygnus\Solutions/Cygwin/heap_chunk_in_mb 1024
regtool -v list /HKLM/Software/Cygnus\ Solutions/Cygwin
基于NiosII的SD卡音乐播放器的实现【开题报告】
毕业论文开题报告电子信息工程基于NiosII的SD卡音乐播放器的实现一、课题研究的背景及意义便携式音乐播放器的历史从1979 年Sony 的Walkman TPS-12 随身听的问世开始。
这台磁带机音乐系统开启了个人娱乐市场的大门，在此之前，人们只能呆在家里用笨重的立体声录音机欣赏音乐。
至今，便携式音乐播放器产品已经经历了磁带机、CD 机、MD 播放器、MP3播放器四个阶段。
1989 年，德国人Brandenburg 的博士论文，为MP3 这一数字音频压缩技术提供了理论基础。
1995 年诞生的MP3 标准具有较高的压缩比以及较小的音质损失，是音乐史上划时代的革命性技术。
这种数字音乐压缩技术的诞生和流行，推动了MP3 随身听的开发和应用。
在MP3 标准诞生不久的20 世纪90 年代后期，便携式MP3 音乐播放器正式登场。
1998年Saehan公司推出了世界上第一台的MP3播放器——MPMan F10。
MPMan，取意于MP3与W ALKMAN的结合。
MPMan F10的体积为70x90x16.5mm，约有四个1.44M软盘堆叠起来这么大，体重为65克，可谓非常轻巧。
直到2004年，MP3行业不平凡的一年。
随着随身听的发展，人们已经越来越被迷你小巧的MP3所征服，原本人们对于MP3音质上的顾虑，已经被现有MP3高品质所打消。
在这一年中，无论是从本身的品质，还是市场销售的情况来看，MP3已经完全占有了市场，成为随身听行业的霸主。
而目前消费类电子产品的发展呈现出数字化和多功能集成化的明显趋势。
在MP3的研究上，由于市场趋近饱和，大多数公司都将精力集中在外观造型上，对于其功能及性价比的探索趋势相对较弱.Nios II系列软核处理器是Altera的第二代FPGA嵌入式处理器，其性能超过200DMIPS，在Altera FPGA中实现仅需35美分。
于2000年推出第一代16位Nios处理器以来，已经交付了13000多套Nios开发套件，Nios成为最流行的软核处理器。
Nios II完成最小硬件开发过程
一、实验目的1．学习使用SOPC Builder定制最小NiosII系统的硬件开发过程。
2．学习使用NiosII IDE编写简单应用程序的软件开发过程。
3．学习QuartusII、SOPC Builder、NiosII IDE三种工具的配合使用。
二、实验内容本实验通过使用SOPC Builder定制一个只含“cpu、on_chip_ram、uart”最小NiosII系统，从而完成硬件开发。
然后，使用NiosII IDE编写应用程序，编译完成软件开发。
最后用Quartus II分配管脚，编译、下载完成NiosII最小系统的整个开发过程。
打开超级终端或串口调试助手观察实验结果。
三、所用仪器、材料（设备名称、型号、规格等）计算机、Quarters II软件四、实验步骤及结果截图1、打开Quartus II软件，选择“File| New Preject Wizard”，新建工程“Hello_world”。
点击Next，选择工程的安装路径，输入工程名，如图所示：点击Next，输入要添加到工程中的设计文件，默认不添加。
如图所示：点击Next，选择芯片系列Cyclone II，芯片型号EP2C20F484C8。
如图所示：点击Next，EDA工具设置界面如图所示：点击Next，显示建立新工程所有信息，最后点击Finish，完成新工程向导。
2、打开“Tools| SOPC Builder…”进入SOPC Builder。
（注意：若没有打开工程，“Tools| SOPC Builder…”不可选。
）在“Create New system”对话框中为这个Nios II最小系统命名为“nios_small”（注意该名称不能与工程名重复），默认“Verilog”硬件描述语言，点击“OK”。
如图所示：1）点击“OK”，“Device Family”栏选择“CycloneII”，“clk”栏为“50”MHz。
2）添加片内RAM。
基于NiosⅡ的音频信号分析仪设计
（） ５
（ ） 中 ， ≤ｎ≤ ｎ ， Ｎ—ｎ， ５式 １ Ｍ＝ 一般取 Ｉ 一 ＇ ｔ … Ｎ ５ 以保证上式 中即使在 ｎ： 一 时 ， 有较 多的数据 ／， ｎ 也 差值求平均 。 （ ）可 以用来 表征时间间隔为 ｎ 的两 Ｆｎ 个时间点处信号 的相似性 。 假设时 间序列是周期性 的 ， 其周期 Ｔ＝ 。 。当 ｎ・
仪 器通 过 Ａ ａ ｎ Ｓ ｖｌ — Ｔ总线有 效 的把 Ｆ Ｉ ｏ 订 Ｐ核与 Ｎｏ 软 核处理 器有 机 的结 合起来 ， Ｆ Ｇ ｉ ｓ 在 Ｐ Ａ芯 片上 配 置 Ｎｏｌ软 核处 理 器 ｉＩ ｓ 和相关 的接 １模块 来实 现嵌入 式系 统的 主要硬 件结构 ， 构 使得 软 件 和硬 件集 成 到 一 片可 编程 逻 辑 器件 平 台上 ， 设 ３ 该结 使 计 同 时获得 软件 的灵活 性 以及 硬件 的高性 能优 势 。设 计 中 ， Ａ ｅ Ｐ Ｃ ５系列 Ｆ Ｇ 在 ｈｍＥ２ ３ Ｐ Ａ芯 片 中嵌 入 ＮｏＩ软 核处 理 器 ， ｉ Ｉ ｓ 使之集 成在 一片 ＦＧ Ｐ Ａ上 ， 效率 高 、 活性强 ， 好地满 足 的市场需 求 。 开发 灵 能较
抗 混 叠 滤 波 电路
Ａ ＝￣Ｒ ＋Ｉ ｍ ／ ｅ（） ｍ（）
各次谐 波的有 效值为 ：
Ｕ＝Ａ ／ ｍ
（） １
（） ２
和， 可以达到与传 统频谱分 析仪 的效果 ， 但实现 的 复杂度要简单的多。 文中研 究了一 种基 于傅立 叶变 换 和 Ｎｏ 软核 控 ｉ ｓ
１ 音 频 信 号 分 析 仪 系 统 组成
音频 信号分析仪采用全硬件 的以 Ｆ Ｇ Ｐ Ａ架构 为核
心器件来实现。信号经过 ５ Ｏ欧姆 阻抗 匹配 ， 信号 幅度
基于FPGA的多媒体音乐播放器的设计
基于FPGA的多媒体音乐播放器的设计吴守霞【摘要】A multimedia music player was designed by using DE2 development board of Altera Corporation.The player took advantage of the rich resources of FPGA logic devices and the flexible design features of NiosII soft core＇s reconfigurability,combined with custom user commands,custom peripherals and software design architecture.SD card music playback function has been realized by using object-oriented software design and method.The system turns out to have high levels of integration and good stability.%设计了一款基于FPGA的多媒体音乐播放器.该播放器采用Altera公司的DE2开发板,充分利用FPGA丰富的逻辑器件资源和NiosⅡ软核灵活的可重构设计特性,结合自定义用户指令、自定义外设及软件设计架构,使用面向对象的设计思想和开发方法,实现了SD卡音乐播放功能,系统具有较高的集成度和良好的稳定性.【期刊名称】《兰州工业学院学报》【年(卷),期】2012(019)003【总页数】4页(P20-23)【关键词】多媒体音乐播放器;FPGA;NiosⅡ;SOPC;DE2【作者】吴守霞【作者单位】兰州工业高等专科学校电子信息工程系,甘肃兰州730050【正文语种】中文【中图分类】TN912.20 引言目前，电子产品的生命周期越来越短，许多消费类电子产品的生命周期只有一年左右，所以必须缩短产品的开发周期，而可编程逻辑器件与固定逻辑器件相比，可大大缩短开发周期.随着集成电路制造工艺的进步，可编程逻辑器件的设计水平不断提高，其成本已经降低到可以在消费类电子产品中大量使用的程度.从当前技术发展的趋势来看，可编程逻辑器件以其强大的优势将逐渐替代大部分的固定逻辑器件. 软核处理器的出现以及可编程逻辑器件片上存储容量的增大，使得可编程逻辑器件可以覆盖数字电子领域中的所有应用.Altera公司推出的片上可编程系统(System On a Programmable Chip,SOPC)以及Nois II软核处理器进一步证实了这一观点.目前Nios II处理器是使用最为广泛的软核处理器[1].DE2是Altera公司针对大学教学及研究机构推出的FPGA多媒体开发平台.DE2为用户提供了丰富的外设及多媒体特性，并具有灵活而可靠的外围接口设计，它能够帮助使用者迅速理解和掌握实时多媒体工业产品设计的技巧，并提供系统设计的验证，可靠性很高.消费电子是嵌入式系统重要的应用领域.随着电子信息技术的发展，人们生活质量不断提高，娱乐电子正逐渐走进百姓生活，电子娱乐产品的市场前景十分广阔.本设计就是基于SOPC技术设计的一款消费类电子产品——多媒体音乐播放器.整个系统采用FPGA可编程逻辑器件，利用先进的SOPC理念，在Altera公司提供的DE2开发板上实现了多媒体音乐播放器的功能.1 音乐播放器系统设计本设计采用DE2开发板，充分利用NiosII软核的特性，结合自定义用户组件、自定义用户外设.在FPGA中使用软核处理器的优势在于灵活高效，硬核实现没有灵活性，通常无法使用最新的技术.而应用Nios II软核处理器，开发者能够完全定制CPU和外设，获得恰好满足需求的处理器，充分利用了Nios II处理器灵活和高效的特性[2].设计充分利用了DE2开发板上的硬件资源，其中音频编/解码器(Audio CODEC)是系统的核心，它是由Wolfson公司的低功耗立体声24位音频编解码芯片WM8731来完成的[3]. WM8731包含了线路输入、麦克风输入及耳机(音响)输出.两路线路左、右声道能以1.5 dB的步距在+12～-34.5dB范围内进行对数音量调节，完成A/D转换后，还可以进行高通数字滤波，有效滤除输入信号中的直流成分.一路麦克风输入可以在-6～34 dB范围内进行音量调节.这三路输入都有单独的静音功能.D/A转换器输入、线路输入旁路及麦克风输入经过侧音电路后可相加作为输出以驱动耳机(RHPOUT和LHPOUT).DE2平台上的LINE OUT可以直接驱动耳机.LINE IN经过隔直电容输入，而MIC IN则直接输入.充分利用了24位立体声音频编/解码芯片WM8731高性能、低功耗的优点，可听到音质较好的音乐.利用这些硬件资源，设计实现了一个基于FPGA的多媒体音乐播放器.该音乐播放器主要分两种播放模式：一种是外接声源，如MP3等，通过音频输入(Line In)后，再经过音频编/解码器对音质进行相关处理后输出，进行音乐的播放.另一种是SD卡音乐播放器，即通过DE2开发板上的SD卡插槽，读取SD卡上的音频数据后，送到音频编/解码器，对音质进行相关处理后输出，进行音乐的播放.SD卡音乐播放是由NiosII处理器通过软件完成的.2 音乐播放器系统实现2.1 音乐播放器原理SD卡作为大容量的存储器，已经成为数码产品首选的存储设备，用于存储图像、音频等数据.本设计是将Wav格式的音乐保存在SD卡中，Nios II处理器从SD卡中读取音乐数据，并通过CD音质的音频编/解码器WM8731播放音乐[4].音频编/解码器被配置为从模式，需要外部电路为其提供A/D转换器(D/A转换器)串行时钟(BCK)及左/右通道时钟(LRCK),如图1所示.图中用一个音频DAC控制器产生时钟及数据控制信号，然后将该音频DAC控制器集成在Avalon总线上，Nois II处理器通过Avalon总线来控制音频DAC控制器[5].图1 SD卡音乐播放器原理框图2.2 系统硬件设计2.2.1 NIOS II处理器硬件框图根据多媒体音乐播放器系统对处理器、存储器和外设等的要求，构建的NiosII处理器结构框图如图2所示.在SOPC Builder工具中对NiosII软核进行的配置，配置的结果如图3所示.由于我们选择的FPGA是Cyclone II系列的EP2C35F672C6，所以在Target栏中的器件系列选择中选择Cyclone II[6].系统时钟选择外部的50 M晶振时钟.在NiosII 软核的选择时，由于考虑到FPGA丰富的逻辑资源，NiosII软核就选用了带有JTAG调试模块的NiosII/f(快速型)，同其它两种核相比，快速型的性能最高，同时占用逻辑资源也是最多的[7].NiosII/f内核的主要特点有：指令和数据缓存分离、可访问高达2 GB的外部地址空间、可选的指令和数据紧耦合存储器、6级流水线操作、硬件乘除法和移位操作、256条定制指令等[8].其它配置的功能模块有LCD1602液晶控制器、2 K的片上ROM、512 K的外部SRAM控制器、EPCS控制器和一些输入输出通用PIO口.各模块配置完成后就可以对这些模块分配基地址和中断优先级.这些完成后，就可以生成配置好的NiosII系统(如图4所示).图2 NIOS II处理器的硬件框图图3 NiosII软核配置图2.2.2 音乐播放器软件设计总体软件设计即系统运行过程中的主逻辑，负责整个系统运行过程中各个状态之间的转换，程序流程图5所示，系统初始化完成以后，在音乐模式下，即可通过按键选择音乐目录中的音乐，解码WMA的音频文件，并播放.对SD卡的初始化后，才可以对SD卡进行读/写操作.在初始化完成后，通过设置数据长度，然后进行数据的读取，流程图如图6所示.3 结语本文给出了一种基于Nios II软核处理器的音乐播放系统.充分采用了软核处理器的开发思想以及Altera DE2开发平台，使系统具有开发周期短、易于维护、功能模块化等特点.本设计利用NiosII占用FPGA资源少和可裁剪性等特点，完全做到了系统体系的精简化和产品的低成本.使其在目前的多媒体娱乐市场上具有很高的竞争力，并且应用前景广泛.用基于FPGA的SOPC技术提高系统稳定性，使用NiosII提供的多种硬件加速方式，如自定义用户指令，自定义用户外设等大大提高运算速度，使算法和控制的实时性得到了有效的保证.图4 实现SD卡音乐播放的NiosII软核处理器参考文献:[1] 唐守龙，刘昊.浅谈Soc设计中的软硬件协同技术[J].电子器件，2002，25(2)：5-6.[2] 赵川，徐涛，孙晓光.软硬件协同设计方法的研究[J].计算机工程与设计，2003，24(7)：11-13.[3] 张志刚.FPGA与SOPC设计教程:DE2实践[M].西安:西安电子科技大学出版社,2007.[4] 吴喆庆.基于NiosⅡ系统的MP3播放器的设计[D].长春:吉林大学，2001.[5] 周立功.SOPC嵌入式系统基础课程[M].北京:北京航空航天大学出版社，2008:1-105.[6] FPGA/SOPC开发简明教程 V1.0[EB/OL].(2005-6-1)[2010-01-20]..[7] 陈麒.基于 NiosII处理器的SOPC设计[J].计算机与信息技术,2008,112(3):72-73.[8] 蔡伟纲.NIOS II软件架构解析[M].西安:西安电子科技大学出版社,2007.。
基于NIOSII和VS1003的嵌入式MP3播放器
卡 为存 储 介 质 。 ＣＦ上 ， 计 和 实现 了 Ｆ 在 设 ＡＴ１ 件 系统 ， 一 文 件 系统 支 持 长 文 件 名 文 件 的 读 写 操 作 ， 效 的 解 决 了 ＭＰ ６文 这 有 ３播 放 器使 用 传 统 的
８３格 式 文 件 名 所存 在 的 问题 。最 后 讨 论 了 Ｆ ＧＡ 实现 行 列 矩 阵键 盘 驱 动 的 方 法 。 ． Ｐ
【 摘 要 】ＯＰ Ｓ Ｃ是 Ｓ ＯＣ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。本文介绍 了运用 Ｓ Ｃ技 术， ＯＰ 快速构建合适的硬
件 系统 ． Ａｔｒ公 司 的 ＮＩ Ｉ 核 和 Ｖ １０ 以 ｌ ａ ｅ ＯＳＩ软 Ｓ ０ ３实现 一 个 Ｍ Ｐ ３播 放 器 的 方 法 。ＣＦ卡应 用 空 间 广 阔 ， 一 种 成 本 低 的存 储 设 备 ， 系统 以 ＣＦ 是 本
【 关键宇 １ＯＰ ； ＯＳＩ； ３；Ｓ ０ ３ ＣＦ卡 ； Ｓ Ｃ ＮＩ ＭＰ Ｖ １０ ； １ 长文件名
Ｂａ ｅ ｎ ０ ＳＨ ｎｄ、 ｌ ０ ｓ ｄ ｏ Ｎ１ ａ ０ ３ Ｅｍ ｂ ｄ ｄ Ｍ Ｐ３Ｐｌｙ ｒ ｅ ｄｅ ａ ｅ
【 ｂ ｔａｔＳ Ｐ ， ｐｏ ｕｔｏ ｅｃｍｂｎｔ ｎｏ Ｏ ｅｈ ｏｏｙａ ｄｐｏｒｍｍ ｂｅｌｇｃｔｃｎ ｌ ｙ，ｓａｓｅｉ ｉｄｏ ｍ ｅ ｄｄｓｓ ｍ ． Ａ ｓ ｃ］Ｏ Ｃａ ｒｄ ｃ ｆｔ ｏ ｉａｉ ｆ Ｃ ｔｃｎｌｇ ｎ ｒｇａ ａ ｌ ｏｉ ｅｈ ｏｏ ｒ ｈ ｏ Ｓ ｇ ｉ ｐｃａ ｋｎ ｆ ｂ ｄ ｅ ｙｔ ｓ ｌ ｅ ｅ
一
输 模 式 ，所 以可 以通 过 增 加 一 个 Ｓ Ｉ 制 器 来 把 ＭＰ Ｐ控 ３流 数 据 传 送 给
ＶＳ１ ０３。 ０
基于Nios II的数字音频录放系统的设计
基于Nios II的数字音频录放系统的设计SOPC( System On Programmable Chip)技术是SOC( System On Chip)技术和设计（）技术结合的产物。
它可以将处理器、存储器、I/O接口、硬件协处理器和一般的用户规律等系统设计需要的功能模块都集成到一个芯片里, 构建一个可编程的片上系统[1]。
它还具有灵便的设计方式，可裁减、可扩充、可升级，具备系统可编程等功能，是一种优秀的系统设计技术[2]。
本文讨论了一种基于SOPC技术的嵌入式数字音频录放系统的设计计划。
系统通过在FPGA芯片上配置NiosII软核处理器和相关的接口模块来实现嵌入式系统的主要硬件结构,并结合嵌入式系统所支持的软件设计来控制音频编/解码芯片WM8731和SDRAM,实现了音频信号的A/D、D/A转换、存储、回放等功能。
因为采纳了SOPC和DMA 控制技术，该系统具有设计灵便、扩展性好和数据处理速度快等优点[3、4]。
1 系统原理和结构系统结构1所示。
本系统选用的FPGA芯片是公司最新推出的CycloneII 系列的EP2C35。
该芯片具有35000个规律单元、672个引脚、475个用户自定义I/O接口、35个嵌入式乘法器和4个锁相环，是一个集成度极高和功能强大的FPGA芯片。
在FPGA中设计有NiosII软核处理器和挂在该NiosII系统的Avalon上的I2C配置接口模块、串/并转换模块(S/P)、并/串转换模块(P/S)、先入先出存储器模块（fifo_in、fifo_out）、Sdram存储器控制接口（Sdram control）、DMA控制器接口（Dma_in、Dma_out）和用于接收按键信息的通用并行接口（pio）模块等。
在FPGA外有音频编/解码芯片（WM8731）、音频数据存储模块（SDRAM）和控制按键（keybord）等。
图1 系统结构图系统的音频信号采集原理是：WM8731经过I2C配置后，将输入端加入第1页共3页。
推荐-大学学士学位NiosII系统的MP3播放器的设计 精品
基于Nios II系统的MP3播放器的设计摘要近年来，数码产品更新换代的速度很快，从当初的分立元件到现在的集成芯片，产品体积越来越小，而所展现出来的功能则日益强大。
它们极大的丰富了我们的日常生活。
SOPC（System on a programmable Chip,片上可编程系统）是Altera公司提出的一种灵活、高效的SOC解决方案,它将处理器、存储器、I/O口、LVDS、CDR等系统设计所需要的模块集成到一个PLD器件上，具有可裁剪、可扩充、可升级，并具备软硬件在系统可编程等优点。
本文提出一种基于Nios II处理器的MP3播放器的具体实现过程，系统基于Altera公司的DE2开发平台进行设计，并利用板上的SD卡作为存储设备，在Nios II处理器上实现MP3的播放、TXT文件的读取以及LCD液晶显示等功能。
硬件设计主要利用SOPC Builder，将处理器、存储器和其它所需的外设IP 核添加进去，生成一个完整的自己定制的Nios II软核系统。
再结合Quartus II 中集成的EDA工具，将其下载到FPGA芯片中，获得恰好满足需求的定制系统。
软件设计在Nios II的IDE环境中进行，用C语言编程实现SD卡中存储的MP3和TXT文件的读取，以及LCD显示、MP3音乐的播放以及按键的控制。
整体设计对SOPC系统软硬件协同的相关技术进行了初步研究。
软硬件协同设计协调软硬件开发过程并行开展，一方面可以缩短设计周期，极大地提高设计效率；另一方面可以根据系统各个部分的特点和设计约束，选择软件或者硬件实现方式，得到高性能，低成本的优化设计方案。
运用SOPC设计理念来设计数码产品，能在较短的时间内完成开发过程，还能满足技术不断更新换代的需要。
将当前先进的Nios软核技术应用于电子电路设计当中去，对于了解和掌握这种工具有重要的意义。
关键词SOPC（片上可编程系统）；Nios II；MP3；软硬件协同设计；Nios II System Based on the Design of MP3 PlayersAbstractIn recent years, digital electronic products renew very fast. From the original discrete ponents to the current integrated chips, these products showing us with much powerful functions while decreasing their sizes. They provides us a great help for daily life.Sopc(System on a programmable Chip)is a flexible and efficient SOC solution proposed by Altera Corporation. It put modules that are necessary like processor,memory,input/output interface,LVDS and CDR together into a PLD device. As a result, the system can be cut、expand、upgraded at our will, hardware and software are programmable in-system at the same time.This paper presents a Nios II processor-based MP3 Players, the system is based on Altera's DE2 development platform using the SD card on the board as store equipment to achieve functions like MP3 playing,txt file reading and LCD displaying.Hardware design is pleted in Sopc Builder, Through adding the processor、memory and other IP cores of the peripherals to their own customized SOPC control system , generating a Nios II soft-core systems of customized pletely. bined with Quartus II EDA tools, we can precisely meet the demand of the customized system after download the core into the FPGA chips.The design of the software part was pleted in the Nios II IDE environment, and functions like reading the TXT and MP3 files stored in the SD card,LCD displaying,MP3 music playing and buttons controlling can be achieved. All of this can be programmed by C.This thesis Emphasize on the following key techniques in hardware/software co-design, it is the integration of specification, synthesis and simulation of hardware and software with unified design tools. By using hardware/software co-design, the design cycle can be shortened and design efficiency can be improved. On the other hand, designers can choose hardware or software implication method for system functions according the characteristic of function and the design constraints, in order to achieve high performance, low cost design.Through applying the SOPC design concept into the process of designing digital products, period of the development process can be shortened. Needs of the upgrading technology can be met at the same time. It's very important to apply the advanced NIOS soft-core into electronic circuit design, which can help us to understand and master this kind of technology.Keywords SOPC（System on a Programmable Chip）; Nios II ; MP3 ;Hardware/software Co-design目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论1.1课题背景随着时代的发展、科技的进步，各种电子产品已经成为人们日常生活中不可或缺的一部分，我们的日常生活、工作及学习方式也因此发生了极大的改变。
基于NiosⅡ软核的音频播放系统设计与实现
与用户逻辑相结合，编程至该公司的 FPGA 中，处理器
具有 32 位指令集、32 位数据通道、可配置的指令以及数
据 缓 冲 ，它 特 别 为 可 编 程 逻 辑 进 行 了 优 化 设 计 。 以
Nios Ⅱ 软 核 为 处 理 器 的 SoPC 设 计 灵 活 、高 效 、成 本 低
廉，以此开发的消费电子产品将具有很大的竞争力。
Keywords：audio player；system development；hardware configuration；software design；system verification；co⁃design
0
引
多媒体技术中，特别是音频播放技术，在手持终端
言
可 编 程 片 上 系 统（System on a Programmable Chip，
有可靠性、灵活性和扩展性强的优势。
关键词：音频播放；系统开发；硬件配置；软件设计；系统验证；协同设计
中图分类号：TN912.2⁃34
文章编号：1004⁃373X（2020）10⁃0059⁃04
文献标识码：A
Design and implementation of audio playing system based on NiosⅡsoft core
. All
Rights Reserved.
the SoPC Builder， the hardware designs of I2C data transmission module and audio
configuration module are performed by means of the Verilog language，and the software design of audio playing is realized id software. The SoPC technology is adopted in the design，and the design has the advantages of reliability，
一种基于NiosⅡ的可重构DSP系统设计
一种基于NiosⅡ的可重构DSP系统设计引言为了解决传统所濒临的速度低、硬件结构不行重构、开发升级周期长和不行移植等问题，本文应用公司推出的NiosII软核处理器，提出了一种具有常规DSP的NiosII系统功能SOPC解决计划。
因为可编程的NiosII核含有许多可配置的接口模块，用户可按照设计要求，利用II 和SOPC Builder对NiosII及其外围系统举行构建。
用户还可通过Matlab和DSP Builder，或挺直用等硬件描述语言，为NiosII嵌入式处理器设计各类硬件模块，并以命令的形式加入到NiosII的命令系统中，使其成为NiosII系统的一个接口设备，与囫囵片内嵌入式系统融为一体，而不是挺直下载到中生成浩大的硬件系统。
正是NiosII所具有的这些重要特点，使得可重构单片DSP系统的设计成为可能。
Nios II嵌入式系统设计流程NiosII嵌入式处理器专为单芯片可编程系统设计而优化，是一种面对用户、可以灵便定制的通用RISC(精简命令集)嵌入式CPU。
它采纳Avalon结构通信接口，带有增加的内存、调试和软件功能，可采纳汇编或C、C++等举行程序优化开发。
NiosII具有32位命令集、32位数据通道和可配置的命令及数据缓冲。
与一般嵌入式CPU系统的特性不同，其外设可以灵便挑选或增删，可以自定制用户规律为外设，可以允许用户定制自己的命令集。
由硬件模块构成的自定制命令可通过硬件算法操作来完成复杂的软件处理任务，也能拜访存储器或NiosII系统外的接口规律。
设计者可以用法NiosII及外部的Flash、SRAM等，在FPGA上构成一个嵌入式处理器系统。
完整的基于NiosII的SOPC系统是一个软硬件复合的系统，因此在设计时可分为硬件和软件两部分。
NiosII的硬件设计是为了定制合适的CPU和外设，在SOPC Buider和QuartusII中完成。
在这里可以灵便定制NiosII CPU的许多特性甚至命令，可用法Altera公司提供的大量IP核来加快开发NiosII外设的速度，提高外设性能，也可以用法第1页共5页。
基于SOPC的Nios_软核MP3播放器的实现
2009年第10期（总第121期）Chinese hi-tech enterprisesNO.10.2009（CumulativetyNO.121）中国高新技术企业自M P3（M PEG-Ⅰlayer-Ⅲ）标准发布以来，以其高品质，低码率的特点迅速成为通用音频编码标准。
因此，现在市面上的各种便携式的播放器都将M P3播放作为最基本的功能之一。
而传统的便携式M P3播放器是基于CPU+解码芯片的结构，就设计流程而言，不存在严格意义上的硬件设计而只有软件设计。
一旦方案确定，硬件系统的核心器件是现成的，功能是确定的，结构是固定的，指令系统是不可更改的，从而导致硬件组织方案和连接方案是限定的，开发者只能被动的遵循和适应，这时硬件“设计”只能流于拼装和连接。
因此，要想对系统功能有大的升级或扩展，靠简单的固件升级是不行的，必须采用更好的核心器件，设计全新的硬件系统。
随着SOPC 技术的发展，基于SOPC 的硬件的可设计性能使得设计者能够更好的去适应用户的目标需求。
由于控制器中的处理器使用的是FPGA 芯片，有较强的灵活性，能够进行编程、除错、再编程和重复操作，因而可以充分地进行设计开发和验证。
当电路有少量改动时候，更凸现出其优势，其现场编程能力可以延长产品在市场上的寿命，可以用来系统升级，从而大大提高了播放器的性能。
因此，本文将从Nios Ⅱ软核处理器的角度来设计实现M P3播放系统。
一、基于ＳＯＰＣ的系统平台构建SOPC 在电子设计技术上给出了一种以人的基本能力为依据的软硬件综合解决方案。
由于同时涉及底层的硬件系统设计和相应的软件设计，在系统优化方面有了前所未有的自由度。
SOPC 技术使开发者更能动的在软硬件系统的综合与构建两个方面有了充分发挥自己创造性和想象力的巨大空间，从而使得从多角度、多因素和多结构层面上大幅度优化自己的设计成为可能。
基于Nios 的嵌入式系统开发，需要使用Altera 公司的SOPC 开发环境，它主要由三个部分组成：IP 库（Nios 软核处理器，Avalon 总线，外围设备接口等），SOPC Builder 开发工具，GNUPro 软件编译器。
基于NIOS Ⅱ的数字音频采集系统设计及实现
基于NIOS Ⅱ的数字音频采集系统设计及实现蒋敏;景新幸【摘要】以FPGA芯片的目标板EP2C70F896C6N为系统平台,利用SOPC技术,根据实际需求自行架构SOPC硬件电路,通过ALTERA公司的NIOS Ⅱ控制I2C总线、AUDIO控制器、SDRAM控制器等,写采集音频数据的应用程序及扩展功能应用程序,实现了数字音频A/D,D/A转换、存储、回放、LCD显示等功能.同时结合Matlab2010版本软件对所采集音频数据进行仿真.实践证明,系统具有集成度高、稳定性强、扩展性好、实时性强等特点.【期刊名称】《电声技术》【年(卷),期】2012(036)011【总页数】4页(P31-34)【关键词】FPGA;SOPC;NIOS Ⅱ;AUDIO;数字音频【作者】蒋敏;景新幸【作者单位】桂林电子科技大学,广西桂林541004;桂林电子科技大学,广西桂林541004【正文语种】中文【中图分类】TN9121 引言笔者借助于Cyclone II系列目标板EP2C70F896C6N为系统平台，从硬件和软件两方面来进行研究。
硬件上，利用QUARTUS II软件平台的SOPC Builder设计工具，把NIOS II CPU、外围器件的控制电路及用户逻辑电路都集成在了一片FPGA可编程芯片上。
这种方法的创新之处在于通过积木式的搭建方法将多块芯片的功能集成到一块芯片上，不仅减少了PCB面积，而且还降低了成本。
软件上，结合AUDIO控制器、I2C总线、SDRAM控制器、LCD等，写采集音频数据的应用程序及扩展功能应用程序，实现数字音频A/D，D/A转换、存储、LCD显示等功能。
同时结合Matlab2010版本软件对所采集音频数据进行仿真。
实践表明，采用NIOS II软核来开发嵌入式系统有两个突出的优点。
首先，硬件设计快速灵活、集成度高、可扩展性能强。
NIOS II处理器CPU 本身是可以定制的，功能可以根据需要进行定制。
基于Nios Ⅱ的音频播放器硬件实现
基于Nios Ⅱ的音频播放器硬件实现
万宇;祝忠明;李灿;范海斌
【期刊名称】《中国集成电路》
【年(卷),期】2014(23)10
【摘要】基于SOPC技术的系统设计具有极大的灵活性,因而在许多电子设计中被广泛的采用,本文设计了一款基于Nios Ⅱ嵌入式处理器的音频播放器,详细介绍了音频播放器在Nios Ⅱ处理器上的实现方法,通过实现SD卡、解码芯片——
VS1053B等硬件的驱动,最终在FPGA上成功运行.
【总页数】5页(P33-36,40)
【作者】万宇;祝忠明;李灿;范海斌
【作者单位】成都理工大学信息科学与技术学院,四川成都,610059;成都理工大学信息科学与技术学院,四川成都,610059;成都理工大学信息科学与技术学院,四川成都,610059;成都理工大学信息科学与技术学院,四川成都,610059
【正文语种】中文
【相关文献】
1.基于NiosⅡ的音频播放器设计与驱动开发 [J], 冯新宇;蒋洪波;祁红岩
2.基于Nios II的IMDCT算法硬件加速器设计 [J], 裴明敬;张歆奕
3.用于Nios Ⅱ处理器系统的C语言至硬件加速工具支持标准ANSI C代码，可加速实现多种应用程序 [J],
4.基于Nios Ⅱ的脉冲神经网络硬件实现方法 [J], 张文娟;王蕾;王连明
5.基于NIOSⅡ多核技术的Hopfield神经网络硬件实现方法 [J], 程丹;王连明
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基于Nios Ⅱ软核处理器的嵌入式MP3播放器
基于Nios Ⅱ软核处理器的嵌入式MP3播放器
曾璇
【期刊名称】《仪器仪表标准化与计量》
【年(卷),期】2007(000)004
【摘要】简要介绍了SOPC(可编程片上系统)技术、UC/OS-Ⅱ操作系统、ZLG/FS 文件系统、SD卡系统和MP3解码算法.详细介绍了如何运用SOPC技术设计基于Nios Ⅱ软核处理器的嵌入式MP3播放器的硬件系统和软件系统.
【总页数】3页(P46-48)
【作者】曾璇
【作者单位】北京交通大学,电子信息工程学院,北京市,100044
【正文语种】中文
【中图分类】TP3
【相关文献】
1.基于NIOSⅡ嵌入式软核处理器的LCD控制方法研究 [J], 沈振乾;孔冰;常海峰
2.基于NiosⅡ软核处理器的嵌入式以太网接口设计 [J], 马天乙
3.基于Nios软核处理器的嵌入式系统设计 [J], 左震;黄芝平;唐贵林;董志
4.基于Nios Ⅱ嵌入式软核处理器的液晶显示模块接口的实现 [J], 林志琦;张修谦;富丽
5.基于NIOSⅡ软核处理器的嵌入式测试系统软硬件设计研究 [J], 张荣;黄海莹;李春枝;卫剑峰;蒋宇
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的开始 、 停止 、 步进 和追踪都在 Ｎ ｉ ｏ ｓ Ｉ Ｉ 软件开 发工 具的控制下 ，给硬件调试带来极大的便利 ［ ２ Ｊ 。利用
Ａ ｈ ｅ ｒ ａ提供 的开 发工 具链 ，用户 能 够快 速 的启 动 不
Ｉ … Ｈ【 ｌ 】 国集成 电路
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方法， 通过 实现 ｓ Ｄ卡、 解码 芯片——Ｖ ｓ １ ０ ５ ３ Ｂ等硬件 的驱动， 最终在 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ上成功运行。
关键 词 ： Ｎ ｉ ｏ ｓ Ｉ Ｉ处理 器 ； 音 频播放 器； Ｓ Ｄ卡 ； Ｖ Ｓ １ ０ ５ ３ Ｂ
Ｈａ ｒ ｄｗａ ｒ ｅ ｉ ｍｐ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｎｉ ｏ ｓ Ｉ Ｉ －ｂａ ｓ ｅ ｄ ａ ｕｄ ｉ ｏ ｐ ｌ ａ ｙ ｅ ｒ
极 具代 表性 的例 子 。 Ｎ ｉ ｏ ｓ Ｉ Ｉ 是 一个 通 用 的拥有 完 整 ３ ２位 指令 集 的 Ｒ Ｉ Ｓ Ｃ（ 精简指令集计算机 ） 处理器核 ， 拥 有 众 多 特 性， 尤 其是 它支 持硬 件协 助 的调试模 型 ， 使 得处 理器
Ｓ Ｏ Ｃ解决方案 。它将处理器 、 存储器 、 Ｉ ／ Ｏ 口、 Ｌ Ｖ Ｄ Ｓ 、 Ｃ Ｄ Ｒ等系统设计需要 的功能模块 集成到一个 可编
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｓ ＯＰ Ｃ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｈ ａ ｓ ｇ ｒ ｅ ａ ｔ ｌ ｆ ｅ ｘ ｉ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ， Ｓ Ｏ ｉ ｔ ｈ ａ ｓ ｂ ｅ ｅ ｎ ｗ ｉ ｄ ｅ ｌ ｙ ｕ ｓ ｅ ｄ ｉ ｎ ｍａ ｎ ｙ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ — ｉ ｃ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｓ ． Ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ｄ ｅ ｓ ｉ ｎｅ ｇ ｄ ａ ｎ ａ ｕ ｄ ｉ ｏ ｐ ｌ ａ ｙ ｅ ｒ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｅ ｍｂ ｅ ｄ ｄ ｅ ｄ Ｎｉ ｏ ｓ Ｉ Ｉ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｏ ｒ ， ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ ｔ ｈ ｅ ｉ ｍｐ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ａ ｕ ｄ ｉ ｏ ｐ ｌ ａ ｙ ｅ ｒ ｏ ｎ Ｎｉ ｏ ｓ Ｉ Ｉ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｏ ｒ ｉ ｎ ｄ ｅ ｔ ａ ｉ ｌ ． Ｂ ｙ ｉ ｍｐ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｄ ｒ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｏ ｆ ｈ ａ ｒ ｄ ｗａ ｒ ｅ ｓ ｕ ｃ ｈ ａ ｓ Ｓ Ｄ ｃ ｒｄ ａ ，
设 计上 不 够 灵 活 ， 也不 易 于修 改 ， 利用软核 ， 就 能 克 服设 计 上不 灵 活这一 缺 点 ，也能 以较 低 ； … ＾ …
同复杂度 的开发工作 ，在产品开发 中大量使用 Ａ ｌ —
ｔ ｅ ｒ ａ 公 司提 供 的 Ｉ Ｐ核 ， 可 以大 大 缩短 产 品从 开 发 到
ｄ ｅ ｃ ｏ ｄ ｉ ｎｇ ｃ ｈｉ ｐ— — ＶＳ１ ０ ５３ Ｂ． ｉ ｔ ｒ ｕｎ ｓ ｓ ｕｃ ｃ ｅ ｓ ｓ ｆ ｕ ｌ ｌ ｙ ｏ ｎ Ｆ ＰＧＡ ｅ ｖ ｅ ｎｔ ｕ ａ ｌ ｌ ｙ ．
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ：Ｎｉ ｏ ｓ Ｉ Ｉ Ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｏ ｒ ； Ａｕ ｄ ｉ ｏ ｐ ｌ ａ ｙ ｅ ｒ ； Ｓ Ｄ ｃ ｒｄ ａ ； ＶＳ １ ０ ５ ３ Ｂ
摘要 ： 基于 Ｓ Ｏ Ｐ Ｃ技 术 的 系统设 计 具有 极 大 的灵 活性 ， 因而在 许 多 电子设 计 中被 广 泛 的采 用 ， 本 文设 计
了一款 基 于 Ｎ ｉ ｏ ｓ Ｉ Ｉ嵌入 式处 理 器 的音频 播放 器 ， 详 细介 绍 了音 频播 放 器在 Ｎ ｉ ｏ ｓ Ｉ Ｉ处理 器 上 的实现
Ｉ … Ｈ巾国 集成 电 路
ｎａ Ｉ ｎｔ ｅ ■— ■ 一 Ｃ ｈｉ ｇｒ ａ ｔ ｅ ｄ Ｃｉ ｒ ｃ ｕｉ ｔ
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基于 Ｎｉ ｏ ｓ Ｉ Ｉ 的音频播放器硬件实现
万宇 ， 祝 忠 明， 李灿 ， 范海斌
（ 成都 理工大学信息科 学与技术 学院， 四川 成都 ， ６ １ ０ ０ ５ ９ ）
１ 引言
Ｓ Ｏ Ｐ Ｃ（ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ Ｏ ｎ Ｐ ｒ ｏ ｒａ ｇ ｍ ｍａ ｂ ｌ ｅ Ｃ ｈ ｉ ｐ ， 可 编 程 片 上系统 ） 是 Ａ ｈ ｅ ｒ ａ公 司提 出来 的 一 种 灵 活 、 高效 的
计 进行 修 改 。Ａ ｈ ｅ ｒ ａ公 司 的 Ｎ ｉ ｏ ｓ Ｉ Ｉ 处 理 器就 是 一个