基于嵌入式处理器软核Nios II的IP复用技术及应用

就是在FPGA上高度集成，尽量减少芯片外部连线，十分符合汽车行驶记录仪对体积和可靠性的要求。

汽车行驶记录仪应该具备适应用户需求变化的能力，具备良好的可扩展性和升级特性。可编程逻辑器件FPGA以及Nios II的特点使得通过对软件代码的更新就可以完成系统的维护和升级。

3.1 硬件平台的搭建

根据汽车行驶记录仪的功能，将整个系统划分为四个部分，如图1所示。

　　图1 系统整体框图

图1中各部分的功能如下：

Nios II系统模块：中央控制单元。包含Nios II处理器，Avalon总线，中断时钟以及与外设的接口。控制程序由运行在Nios II CPU上的软件完成，负责对信号的采集，处理和存储操作，并控制通信过程;

信号输入部分：接收外部传感器和开关量信号，并进行处理，将处理后的数据送到Nios II系统模块的数据采集端口(PIO);

存储器部分：存储采集的数据;

通信模块：采用RS-232，负责与分析仪之间的通信。

根据各个部分的功能和开发板的配置(本项目所用的开发板为Stratix 1s10，FPGA的型号为：EP1S10F780C6)，需要用到的外围器件有：对模拟输入信号进行模数转换的ADC0809;用于试验中存储数据的 SRAM存储器;用于试验数据备份的Flash存储器;装载软件程序、异常处理的SDRAM存储器;记录仪与分析仪之间的通信接口RS232;用于超速报警的LED;等等。

按照系统的硬件规划，在SOPC Builder需要添加如下IP模块：

l Nios II 32位CPU 软核处理器;

l Interval_timer 中断时钟，每0.2秒发出中断;

l Keydoor_pio 接收钥匙门信号的输入;

l Power_off_pio 接收掉电信号的输入;

l Vehicle_speed_pio 连接车速传感器输出脉冲计数器的输出端;

l Over_speed_alarm_pio连接超速报警LED;

l Rotate_speed_pio 连接曲轴传感器输出脉冲计数器的输出端;

l Initial_pio 系统复位端口;

l Adc_control_pio ADC 0809控制端口;

l Adc_eoc_pio连接ADC 0809转换结束指示引脚;

l Adc_data_pio 连接ADC 0809的8个数据输出引脚;

l Switch_input_pio 接收开关量的输入;

l Sdram 软件程序，异常处理存储器;

l Ext_ram_bus 外部存储器总线;

l Ext_ram 外部RAM接口;

l Ext_flash 外部flash接口;

l Uart通用异步接收发送器，实现RS_232接口;

l Jtag_uart 调试用接口;

3.2 软件实现

汽车行驶记录仪的各种应用功能是由C/C++语言编写的软件程序来完成。在Nios II IDE中新建一个工程时，系统会针对目标硬件平台自动生成硬件抽象层的应用程序接口(HAL API)供程序编写人员调用。

汽车行驶记录仪的工作过程如下：

1.汽车行驶过程中，记录仪每0.2秒采集并记录事故疑点数据;每分钟记录行驶状态数据;在记录的过程中要记录最高车速。

2. 汽车停驶时，记录仪并没有停止工作，但此时不进行数据的采集和记录。在停车过程中，分析仪可以采集记录仪的数据。

3.车辆，驾驶员基本信息采取系统初始化时预置进记录仪的形式。

4.记录仪是否采集数据用钥匙门控制，接收到钥匙门启动车辆的信号，记录仪开始记录;接收到钥匙门的熄火信号，停止记录。

5.记录仪掉电，备份数据，停止工作。

根据上述记录仪的工作过程，软件程序整体流程设计如图2所示。

　　图2 汽车行驶记录仪工作整体流程图

结论：本文所介绍的新一代汽车行驶记录仪，采用了基于嵌入式处理器Nios II的SOPC设计技术，能够更完整，更精确，更多样化的记录汽车在行驶过程中的各种数据，符合国家标准，取得了较满意的效果。在设计过程中大量复用成熟的IP软核，很大程度上提高了系统的稳定性，大大节省了系统开发时间，充分体现了IP复用技术带来的好处。

　　参考文献

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2 彭澄廉 周博等. 挑战SOC-- 基于Nios的SOPC设计与实践. 北京:清华大学出版社.2004年7月

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