基于NIOS II的video over ip設(shè)計(jì)

2.3 通過(guò)Video over ip 模塊的MPEG2-TS 流在以太網(wǎng)中的傳輸

任意的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進(jìn)入網(wǎng)口之后，F(xiàn)PGA 中的Video over ip 模塊會(huì)按照MPEG2-TS 特征位以及整個(gè)幀的幾個(gè)標(biāo)志位加以比較， 然后作判斷： 滿(mǎn)足MPEG-TS 數(shù)據(jù)的幀且類(lèi)型字段中協(xié)議標(biāo)志位不為17(17表示UDP)，模塊會(huì)將這個(gè)標(biāo)志位改為17，然后從專(zhuān)門(mén)的數(shù)據(jù)通道進(jìn)行傳輸。其他數(shù)據(jù)允許直接通過(guò)NiosII 處理器。

3 實(shí)際設(shè)計(jì)介紹

3.1 硬件部分

本設(shè)計(jì)基于Altera Cyclone 系列的FPGA，而NiosII 處理器則是內(nèi)嵌在FPGA 中的一個(gè)片上可編程處理器(SOPC)。我們通過(guò)Altera 提供的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境QuartusII 中所帶的sopc_builder 從FPGA 中劃取資源來(lái)構(gòu)建硬件。整個(gè)SOPC 系統(tǒng)硬件部分與MCU 系統(tǒng)如單片機(jī)、Arm等非常類(lèi)似， 是一個(gè)32 位的嵌入式CPU，有內(nèi)部指令集。這一點(diǎn)與FPGA 芯片本身差別非常大。此外FPGA 通過(guò)一個(gè)DP83848 的PHY芯片與網(wǎng)口插座相連，這樣網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的MAC 層做到FPGA 或SOPC中。NoisII 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 基于NiosII 的SOPC 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

3.2 軟件部分

圖3 控制外設(shè)所用到得webserver 在播放視頻時(shí)的穩(wěn)定性測(cè)試

FPGA的程序可以通過(guò)Quartus 集成環(huán)境開(kāi)發(fā)， 我們通過(guò)Verilog語(yǔ)言編寫(xiě)，然后直接通過(guò)Quartus 編譯后即可下載運(yùn)行。而NiosII 部分的軟件則要使用Altera 提供的另一個(gè)集成環(huán)境NiosEDS，并編寫(xiě)嵌入式的C 語(yǔ)言來(lái)開(kāi)發(fā)。之后再通過(guò)環(huán)境所帶的編譯器編譯下載運(yùn)行。而Video over ip 模塊我們通過(guò)Verilog 語(yǔ)言編寫(xiě)，然后打包成IP 核可以被sopc_builder 加載調(diào)用。此外還需要通過(guò)NiosEDS 自帶的niche_stack 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧搭建一個(gè)嵌入式webserver。

4 檢測(cè)說(shuō)明及小結(jié)

正如前文所說(shuō)，webserver 基于HTTP 協(xié)議，該協(xié)議以TCP 協(xié)議為基礎(chǔ)。測(cè)試時(shí)我們將一臺(tái)電腦通過(guò)網(wǎng)線與實(shí)驗(yàn)板的網(wǎng)口相連，并通過(guò)VLC 播放器對(duì)FPGA 不間斷播放MPEG2-TS 格式的視頻流，同時(shí)將NiosII 上的werbserver 開(kāi)啟運(yùn)行。如果沒(méi)有Video over ip 模塊，由于視頻數(shù)據(jù)的碼率較大，給webserver 造成極大的延遲，并很快崩潰。當(dāng)我們開(kāi)啟Video over ip 模塊之后，為保險(xiǎn)起見(jiàn)，做了12 小時(shí)的連續(xù)不間斷視頻播放， 同時(shí)電腦通過(guò)不斷刷新web 頁(yè)面的方式不斷訪問(wèn)
webserver，即以此方式檢查PC 機(jī)與webserver 連接的通斷。經(jīng)測(cè)試，這12 小時(shí)間以及之后webserver 中的頁(yè)面始終可以正常訪問(wèn)， 無(wú)異常情況。測(cè)試結(jié)果符合預(yù)期要求。測(cè)試過(guò)程如圖3 所示。