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基于NiosII傳真通信規程的分析與設計實現

作者: 時間:2009-12-17 來源:網絡 收藏
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2.1 系統
  系統開發工具選擇QuartusII和 IDE環境,結合SoPC技術,軟硬件協同開發。器件選擇Altera公司的Cyclone系列EPEC20F400C開發板,使用QuartusII中SoPC Builder對硬件系統進行定義,完成硬核開發的集成過程。根據設計需要對CPU進行定制,包括CPU的數據和指令緩存的大小、CPU寄存器數量等[4]。除了之外,還需要將外圍設備的IP添加進來。本設計就是將在前面提到的各種自帶的各種IP核(UART控制器、定時器等)添加進來,其余自定義的邏輯器件接口同CPU的連接只需在SoPC Builder中將對應的接口模塊添加進來即可。
  NiosII核與調制解調器是通過UART控制器的。原來的UART直接選用Altera公司提供的標準UART組件,時通過寄存器單字節收發,每個字節都會有中斷觸發。為了方便軟件編程,Altera提供硬件抽象層HAL(Hardware Abstract Level)系統庫驅動程序,該驅動程序是一個集成到HAL系統中的HAL字符模式設備驅動程序,代替訪問UART寄存器,編程者直接使用HAL的API和ANSI C標準庫函數訪問UART。此時,UART相當于字符設備文件,可以像打開文件、讀寫文件一樣操作UART設備。
  對UART的操作與對文件的操作一樣。打開UART設備后,向調制解調器發送的AT指令和HDLC幀數據以寫文件的方式寫入UART設備,UART把數據發送至調制解調器的串口,命令執行對應的操作。調制解調器通過串口把結果值和HDLC幀數據返回到UART設備,程序以讀文件的方式從UART設備讀取數據,并判斷執行下一步對應的操作。系統框圖如圖4所示。

本文引用地址:http://www.j9360.com/article/157722.htm

2.2 程序流程設計
  發送過程就是對Modem不斷操作的過程,通過Modem完成數據的收發及信號的握手。DTE向調制解調器發送命令,調制解調器DCE對命令做出響應,完成該命令的操作,并返回命令執行的結果碼。
  對調制解調器發送的命令是AT指令,命令形式化為“AT+命令值”,例如“AT+FRH=3”,表示命令Modem準備以300 b/s的速率接收數據。根據T.30建議書的要求,發送的TCF信號是連續1.5 s的“0”序列,設計過程中通過反復實驗,用軟件連續發送一定的字節內比特位為0的數據,可達到要求。在接收TCF信號時,把接收到的0比特數據存入緩沖區,然后判斷是否滿足在當前通信速率下的連續0比特數據量。在報文傳輸階段,發送的數據為處理后(掃描、二值化、編碼)二進制數據,根據ITU-T T.4標準,傳輸的數據可以采用MH/MR/MMR編碼,并且每行的編碼數據發送時間不能少于20 ms[5]。所以編碼數據傳輸時要對數據量小的一行編碼進行0 bit填充,這部分在軟件設計時。報文數據以字節為單位將8 bit數據高低位順序顛倒,再傳送給UART。報文數據傳送完之后需添加發送結束標記DLE>ETX>,告訴Modem報文數據結束。
  同樣,接收傳真時,T.30建議書對判斷連續1.5 s的“0”沒有具體要求,這里采用緩沖區數據判斷,把接收的“0”存入緩沖單元,判斷“0”的個數來決定當前的通信速率是否滿足。在接收到報文數據后,需要把結束標記從數據中濾出,存入緩沖區,再傳送給譯碼打印系統或存儲Tiff文件。限于篇幅,僅給出如圖5所示的發送單頁傳真樣張軟件實現流程圖。


3 驗證與調試
  在NiosII IDE開發環境下完成設計代碼,將Nios硬核和軟件程序下載到FPGA開發板上,在線調試。最后在開發板上運行該程序,實現與遠端普通傳真機的傳真業務通信。所選擇的遠端普通傳真機為光電傳真機OEF319系列傳真機和Pansonnic系列傳真機。測試主要內容為:
  (1)發送傳真。在PC機上將符合ITU標準的測試樣張Tiff文件中的傳真數據存儲到文件,運行NiosII環境時暫存到緩沖區,執行傳真通信,將傳真數據發送出去。遠端傳真機打印出數據和樣張對比,文字清晰可讀。
  (2)接收傳真。和遠端傳真機通信,接收對方發來的傳真數據并緩存。由于沒有打印設備,不能有效對比接收數據和樣張。把本次接收的數據緩存,作為發送傳真的測試數據,基本保證了傳真測試。采用這樣的測試策略,接收傳真的功能基本實現。在后面深入研究中,可以將打印設備添加到FPGA開發板的系統中,這樣就完善了傳真系統。
  經測試對比,傳真流程合理,與商用傳真機正常通信。但傳真附加功能和整個傳真系統還有待于進一步完善。本文深入了T.30傳真通信建議書,NiosII軟件集成開發環境實現了傳真通信,并將軟件下載到Altera公司系列開發板上。通過測試驗證,實現了和普通商用傳真機的傳真通信。NiosII軟核的傳真通信的實現,為嵌入式傳真機提供了一種新的設計開發策略,為傳真機產品升級和提高性能提供了參考;對打破國外傳真機芯片及產品的壟斷,實現中國傳真機自主知識產權及產業化,都具有重要的現實意義。


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