SoPC技术在图像采集和处理系统中的应用设计（2） 网站, 技术

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系统软件部分包括实时操作系统μC/OS-II和数据采集与处理部分的应用程序。在Nios II IDE中将软件开发分为两大部分，一部分是底层系统软件的开发，主要完成BSP(板级支持包)的功能;另一部分则是用户应用软件的开发(包括用户硬件驱动及用户上层应用软件)。整个用户软件的开发及调试工作都可以在Nios II IDE中完成。
2.1 实时操作系统μC/OS-II在Nios上的移植
在本课题中使用的是μC/OS-II的v2.83版本，源码可以从Micrium的网站上获得。同时还要从网站上获得μC/OS-II在EDK 中使用的配置文件μCOS-II_v2_1_0.mld和μCOS-II_v2_1_0.tcl。将这两个文件放到EDK能找到的路径下，这样在EDK中才能配置使用μC/OS-II。在EDK中通过菜单Software->Software Platform. Settings打开配置窗口，在OS中选择μC/OS-II，OS Version中选择 v2.83a，然后进入OS & Library对μC/OS-II进行配置。
在Nios II IDE中，可以对μC/OS-II的源码位置、BSP包源码位置、移植程序文件位置、应用程序文件位置进行修改，同时还可对μC/OS-II进行剪裁配置，如是否使用事件、互斥信号量、消息邮箱及任务是否可删除等。
2.2 实时操作系统下的软件设计
μC/OS-II在ALTERA的Nios微处理器上移植并测试完成后，建立了基于μC/OS-II实时多任务内核的硬件开发平台，但μC /OS-II仅是一个有源码的内核，在实际应用中，对外设的操作需要自行编写底层的代码。在此平台下进一步开发，实现数据采集功能，需要建立相关的应用程序，也就是要根据整个系统的要求，划分不同的任务，这些任务交由实时内核来调度管理。一般一个任务对应于一段独立的主程序，它可能调用各种子程序，并使用各种系统资源，以完成某种特定的功能，并且实时内核允许多个任务并行运行。采用实时操作系统，使应用程序的编写简单且易于调试。
主程序用C语言编写，其主要程序如下：
void main()
{sys_initialize();//系统初始化
while(1)
{ad_fft_ctl();//数据采集及FFT计算子程序
case collection_order： //图像采集命令
image_collection();//图像采集
image_process();//图像处理
image_save();//图像保存
mps_decoder();//调用相应的解码算法
case rs232_transfer：//传输数据命令
lcd_display(p1，p2，p3);//LCD液晶显示子程序
}
}
3 系统调试与应用实例
调试包括硬件和软件调试。硬件调试分析电路的设计合理性及焊接工艺的可靠性，以保证所设计的各个模块合理，重点放在调试自己所设计的IP核和硬件逻辑的可靠性与适用性。软件调试主要是集中在系统内核的应用程序，以保证各个功能都成功实现。这是一个相当复杂的过程。
3.1 系统硬件调试
为了验证FPGA能否正常工作，把CMOS图像传感器的输出连接到Nios II开发板的扩展插座上，编写VHDL程序，读取CMOS图像传感器的输出并存储到FPGA的内部RAM中，利用Quartus II的工具In-System Memory Content Editor，读取内部RAM的值。
要设计用户逻辑或者外设，除了要编写实现特定功能的逻辑之外，还要编写与Avalon总线的接口，这就要求对Avalon总线的规范很熟悉。测试结果表明，程序能够通过JTAG接口成功下载到FPGA上，显示在LCD上的运行结果也正确。这说明FPGA、JTAG接口、电源、晶振和LCD显示等电路均能正常工作。
3.2 系统软件调试
Nios II集成开发环境(IDE)是Nios II系列嵌入式处理器的基本软件开发工具，所有的开发任务都可以在Nios II IDE下完成，包括编辑、编译、调试程序和下载。系统的软件设计和调试全部在Nios II IDE下完成，使用C/C++语言编程。
3.3 系统应用实例——PDF417二维条码的识别
二维条码扫描器开始工作时，首先采集二维条码图像数据，由于实际工作中条码图像会出现污损等情况，对码字的正确译出造成影响，所以必须对采集到的图像进行降噪、校正等预处理。条码图像为灰度图像，对其进行二值化才能进行码字识别。在将PDF417码的所有码字正确分割后，以查表方式在码本中查找与码字相对应的值，将编码数据译出。为确认扫描的有效性，必须进行前向错误校验。如出错，则进行纠错。最后，将译码的正确数据传输到上位计算机或LCD显示。识别过程如图5所示。


二维条码数据全部识别完以后，Nois控制输出一个中断申请信号，开始执行中断服务程序。首先选定数据传输口地址，然后译码结果可通过RS- 232接口被送至计算机，计算机接收该译码数据后，中断结束。重复该过程，直至全部译码结果输出结束。整个软件处理过程控制在0.3 s以内，完全可以满足系统实时性要求。
本文对基于FPGA以及Nios的图像采集与处理系统设计进行了深入研究，并在设计完成硬件实验平台的基础之上，完成了嵌入式操作系统的移植及应用程序的设计。系统采用Nios处理器和FPGA，必要的外围电路和处理器能集中在一块芯片上，减少了系统体积，简化了系统规模，同时可以方便地进行扩展和升级。μC/OS-II操作系统移植到Nios处理器上，提高了系统的运行效率和可靠性。嵌入式图像处理系统作为一种新型的智能化视觉系统，以其种种优点使之具有广阔的应用前景和良好的经济价值。研究与推广嵌入式图像处理系统无疑是科技进步的表现，尤其当嵌入式图像处理系统应用于工业生产上时，必能提高生产效率，推动生产力的发展