基于FPGA的LZO實(shí)時無損壓縮的硬件設(shè)計

　　3 LZO壓縮系統(tǒng)集成與測試驗(yàn)證

　　3.1 LZO壓縮系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

　　如圖4(A)為LZO壓縮系統(tǒng)SOPC硬件結(jié)構(gòu)，內(nèi)層虛線表示FPGA，虛線內(nèi)的模塊有相應(yīng)的代碼或硬件電路構(gòu)成，外層虛線表示DE2開發(fā)板，開發(fā)板提供了相應(yīng)的資源。圖中：PC機(jī)通過下載線將待壓縮的數(shù)據(jù)傳送至DE2開發(fā)板上的SDRAM，數(shù)據(jù)經(jīng)壓縮后再經(jīng)下載線回傳至PC機(jī);Nios II處理器負(fù)責(zé)與用戶交互，對待壓縮數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，控制整個SOPC的正常工作;JTAG-UART用于設(shè)計過程中的軟件和硬件調(diào)試;DMA控制器用于高速數(shù)據(jù)傳輸，它將片外SDRAM中的待壓縮數(shù)據(jù)傳送到LZO壓縮算法模塊，將LZO壓縮算法模塊中被壓縮后的數(shù)據(jù)傳送到片外SDRAM中;LZO壓縮算法模塊用于對用戶傳輸過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮，它與片外SRAM進(jìn)行通訊;LCD控制器用于控制LCD的顯示，LCD可顯示LZO壓縮文件開始與結(jié)束，增加用戶交互的可視性，例如顯示待壓縮文件的大小，壓縮后的文件大小等;PIO控制LED指示燈的亮與滅，LED燈可用于指示LZO壓縮文件開始與結(jié)束，增加用戶交互的可視性;On-chip memory用于存儲系統(tǒng)啟動時的軟硬件配置等信息;SDRAM控制器用于控制SDRAM與系統(tǒng)數(shù)據(jù)的交換;SDRAM用于存儲指令和數(shù)據(jù);SRAM用于存儲LZO壓縮算法過程中產(chǎn)生的壓縮信息，在硬件設(shè)計中扮演字典的角色，采用片外SRAM的原因是考慮到FPGA片內(nèi)資源可能不夠使用;以上所有涉及到的模塊均采用Avalon總線規(guī)范進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，它們共同掛載到數(shù)據(jù)總線上，Avalon總線具有自身的仲裁結(jié)構(gòu)、地址分析等功能，易于用戶集成開發(fā)。

　　3.2 開發(fā)板簡介

　　測試與驗(yàn)證平臺如圖4(B)所示的DE2開發(fā)板，該開發(fā)板上的核心芯片為Altera公司的Cyclone II EP2C35 FPGA。選擇該開發(fā)板作為測試平臺主要基于以下考慮：擁有足夠的片外存儲資源(SDRAM 8MB、SRAM 512KB);擁有較豐富的片上邏輯資源(35K LEs);擁有豐富的可用于調(diào)試的外設(shè)(LCD、7-segment-displays);支持 Nios II嵌入式軟核;成本較低。

　　3.3 測試結(jié)果及對比

　　針對LZO壓縮算法模塊和集成后的系統(tǒng)進(jìn)行板級測試，一方面驗(yàn)證算法模塊及集成后的系統(tǒng)的功能正確性，另一方面測試分析算法模塊及集成后系統(tǒng)的性能。測試內(nèi)容包括：數(shù)據(jù)壓縮率(壓縮后的文件大小/壓縮前的文件大小)，數(shù)據(jù)壓縮速率(單個周期內(nèi)處理的字節(jié)數(shù))。

　　通過圖5(A)可知，壓縮率提升最大的是1.pdf文件，提升最小的是7.mp3文件(音頻文件已經(jīng)采用音頻壓縮算法壓縮過了)，除去最大值和最小值后取平均值，則壓縮率提升為1.37%;通過圖5(B)不難發(fā)現(xiàn)，壓縮速率提升最快的為2.txt文件，提升最慢的為10.dll文件，除去最大值和最小值后取平均值，則壓縮速率提升為4.81倍。