片上系统设计课程

中国地质大学（武汉）

课程：片上系统设计课程实验报告

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班级：

指导老师：王家豪

目录

一、题目及要求： (3)

题目： (3)

功能要求： (3)

二、实验原理 (4)

设计构思： (4)

三、实验操作 (6)

1.打开工程 (6)

2.启动Tools > SOPC Builder (6)

3. 去掉程序中不用的模块 (7)

4.成功生成软核 (7)

5.编译工程 (8)

6.烧入板子 (8)

7.打开Nios II IDE，建立Nios c/c++ Application (9)

8.转移代码 (9)

9.编译工程后运行 (11)

四、实验结果 (11)

实验其他操作描述： (13)

五、实验代码（附加） (14)

六、设计小结 (14)

七、实验分工 (14)

一、题目及要求：

题目：

基于FPGA的音乐播放器设计，要求：FPGA开发板上从SD卡读取音频文件并播放音乐，支持W A V格式或MP3格式或其他格式音频文件，所有数字电路设计均采用Verilog HDL语言，软件程序设计采用C语言。

功能要求：（可实现某几项或全部）

1. 支持SD卡文件读取；

2. 支持WA V或MP3或其他格式音频，如为压缩格式则需解压缩；

3. 歌曲名称LCD显示；

4. 支持“播放/暂停”控制功能；

5. 支持“前一首”功能；

6. 支持“下一首”功能；

7. 支持LED灯显示音量功能；

8. 支持复位功能；

9. 支持硬启动，FPGA码流文件和软件二进制文件写入ROM，从ROM启动；

10. 支持总歌曲数和第几首歌曲显示功能，通过LCD或数码管显示。

二、实验原理

实验目的：实现了一个全功能的音乐播放器，打通过Altera DE2 开发板上的音乐文件的能力，可播放实时的SD 卡上W A V 格式音乐文件，同时为用户提供互动的音乐，如暂停，快进等等。熟悉片上系统开发的流程。

设计构思：

按要求看，已给的工程中在播放音乐的时候不可以切换下一首歌曲，只能在选择歌曲的界面选择下一首上一首，这不像我们平时使用的音乐播放器，所以我们试图将音乐播放过程中切换歌曲此功能加到四个key上去。

这里使用的基本内存是SD 卡。板子上有一个SD 卡插槽，将其插入SD 卡。SD 卡控制器的设计提供的SD 记忆的相互作用。为了找到最佳的方法，界面与DE2 开发板的SD 卡，我们遇到了各种现有的IP 可用于控制在HAL 的抽象级别或物理实现SD 卡的核心。

SD 卡的文件系统必须符合下列要求：

- FAT16 文件格式，意味着最小的数据单元是16 位长。

-此外，在FAT16 格式的分区将整个内存的数据块，每块512 个字节组成。

其中文件系统的FAT16：

为FAT16 系统需要由SD 卡控制器侦测到该卡。该系统分区成块，其中分区进行。

在按键的控制上面：具体实现了SW[4]，SW[5]和SW [6]用于快进，暂停去扭转和歌曲分别。

此外，SW[3]选择随机模式KEY[2]和KEY[3]用于通过播放列表进行浏览以选择一个特定的歌曲。

系统框架

NIOSII ，SD 卡以及其他外设都是通过Avalon 总线相连接的。Avalon 总线是一种协议较为简单的片内总线，Nios 通过Avalon 总线与外界进行数据交换。

实验主要的工作就是通过NiosII 来控制各个设备的工作。其中外设有VGA（视频图形阵

列）控制器、内存、LCD 显示控制器、LED 灯、按键和开关控制。

音频数据通过总线存入输入输出缓存器中，然后经过音频编解码器，通过扬声器输出。

软件控制的框架

具体内容可以分解为下

1.检测插入的SD 卡，如果SD 卡不存在就继续检测，如果存在就跳到2

2.找到根目录下的所有波形文件

3.然后设置SD 卡第一个文件作为当前的文件

4.读取文件头找到采样率。

5.设置音频芯片的采样率。

6.然后读取512 字节的数据，如果读取发生错误则跳到1 如果没有读取错误，就播放读取的512 字节的数据并且更新LED

7.随后就更新播放时间并检测文件是否读完。如果不是就再次回到6，并重复以上步骤；如果读取完毕，就把下一个文件设置为当前文件，然后再继续设置音频芯片的采样率并回到4。

三、实验操作

实验代码和基本工程文件已经从老师那里得到。

1.打开工程

2.启动Tools > SOPC Builder

由于我使用的较高版本软件，这里选择“open in Classic”，以旧版本打开。

3. 去掉程序中不用的模块

也可不去，这样也不影响，只是浪费资源。

4.成功生成软核

选择退出

5.编译工程

6.烧入板子

打开Tools>programmer，add .sof files后，添加硬件开始。

7.打开Nios II IDE，建立Nios c/c++ Application

8.转移代码

将已给工程中hello_led_0文件夹下的.h.c代码考到刚建立的wav_player目录下的wav_player内，在回到软件右键点击refresh。

9.编译工程后运行

成功后Run as NIOS Ⅱhardware

四、实验结果

1 此图为提示选歌界面