开题报告
基于SOPC的文本浏览器设计
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一、综述
1、文本浏览器
自古以来，阅读都是受世人推崇的，阅读既可以拓宽视野，也可以增长知识，但一直以来纸质书籍成为树木被大量砍伐的原因，破坏环境。因此，有必要设计一种不用消耗木材，环保的文本浏览器。
文本浏览器是一种用来阅读的工具。它基于现代芯片技术，把系统集成在一小块芯片上，配上USB用来下载文本，KEY用来操作，LCD用来显示，利用编程，可实现阅读功能。形状小巧，便于携带，就像在看真正的书本一样。
科技发展到今天文本阅读器的功能越来越多，除了基本的阅读功能之外，还具有联网下载，联机传输等功能。不但丰富了阅读的内容，增加了技术含量，可操作性变强，还使得人们对科技的依赖进一步加深。
·文本阅读器的优点在于以下几方面：
①方便携带，体积一般都比书要小，重量也要轻很多，非常便于携带。
② 容量大，早期的纸质书籍内容有限，而文本阅读器可以储存很多的电子书籍，而且内
容广泛，就相当于一个小型的图书馆。
③ 下载想录入的内容，可以作为笔记本、资料夹使用，免去了携带过多东西的麻烦。 ④ 省电环保：文本阅读器省电，而且不使用传统纸张，由于使用了先进的显示技术，可
以帮助人们少买纸质书，减少砍伐树木，从而保护了环境。
相信在以后，文本阅读器会凭借这些优势迅速发展，但是文本阅读器依然有不足之处。 ·目前文本阅读器具有一些缺点：
① 功能还有一些单一，缺少一些日程安排之类的功能。 ② 部分功能还达不到预计的要求，比如速度、待机时间等。 ③ LCD屏幕由于不断刷新，极易造成眼睛近视等。
现在市场上已存在各种形式的文本浏览器，有作为电子产品附加功能的，例如手机里有阅读文本的功能；还有作为单独阅读产品的电子浏览器，都称之为电子书，支持的文本格式很多，较之纸质图书用起来更为方便灵活。
总之，文本阅读器正在向小型化、便携式、智能化、大容量、节能环保等方面发展，具有
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广阔的市场潜力和发展空间，机遇和挑战并存，伴随我国经济的快速发展，也将迎来更大的繁荣。
本次基于SOPC的文本浏览器设计旨在让生活智能化，这也适应了环保型社会发展的要求，相信这样的成果会广泛的适用于市场。
2、SOPC （System On a Programmable Chip）简介
SOPC是system on a programmable chip的缩写，顾名思义就是把一个系统集成在单片可编程芯片中。它将处理器、存储器、I/O 口、LVDS 等系统需要的功能模块集成到一个 PLD 器件上，构成一个可编程的片上系统。它是 PLD 与 SOC 技术融合的结果。由于它是可编程系统，具有灵活的设计方式，可裁减、可扩充、可升级，并具备软硬件可编程的功能。这种基于 PLD 可重构 SOC的设计技术不仅保持了SOC以系统为中心、基于 IP 模块多层次、高度复用的特点。相对 ASIC 定制技术来说 , FPGA 是一种通用器件, 通过设计软件的综合、分析、裁 减，可灵活地重构所需要的嵌入式系统。
早在2002年的时候，Altera公司就基于SOC的设计思想，推出了其第一款32位RISC CPU软核——Nios，那时的Nios CPU功能简单，执行效率低下且不支持在线调试，所以并未得到很大的推广。在Nios CPU基础上，Altera公司又于2005年推出了其第二代32位RISC CPU——NiosII。与Nios CPU相比，NiosII CPU在性能方面得到了质的提升，指令执行速度快，执行效率高，且支持JTAG在线调试。
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SOPC技术主要应用以下三个方向
1、FPGA嵌入IP硬核的应用。这种SOPC系统是指在FPGA中预先植入处理器。这使得FPGA灵活的硬件设计与处理器的强大软件功能有机地结合在一起，高效地实现SOPC系统。
2、基于FPGA嵌入IP软核的应用。这种SOPC系统是指在FPGA中植入软核处理器，如：NIOS II核等。用户可以根据设计的要求，利用相应的EDA工具，对NIOS II及其外围设备进行构建，使该嵌入式系统在硬件结构、功能特点、资源占用等方面全面满足用户系统设计的要求。 3、基于HardCopy技术的应用。这种SOPC系统是指将成功实现于FPGA器件上的SOPC系统通过特定的技术直接向ASIC转化。把大容量FPGA的灵活性和ASIC的市场优势结合起来，实现对于有较大批量要求并对成本敏感的电子产品，避开了直接设计ASIC的困难。 Altera EP1C12Q240C8
①2910到20060的LE；294912 RAM bits(368 bits)。
②支持低成本串行配置；LVTTL,LVCMOS,SSTL-2,SSTL-3和I / O的标准；66-和33-MHz、-和32-位的PCI标准；高速(0比特/秒)LVDS I / O，低速(311比特/秒)LVDS I / O；311-位元/秒I / O；外部存储器,包括DDR SDRAM(133兆赫),FCRAM,以及单一的数据传输速率(SDR)SDRAM；支持多种知识产权核心(IP)。
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③每个设备有两个PLLs，提供时序仿真和阶段转移；每个逻辑阵列有八个全球时钟线，六个可用时钟资源。
本次毕业设计，是以Altera EP1C12Q240C8为核心，配以最小系统，外加键盘、USB接口、液晶屏等外围设备，设计构成一个简易的文本浏览器，经过编程，可实现如通过USB口下载阅读文本，删除本次下载内容、返回首页、退出阅读等功能。界面简洁明了，操作性强。
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二、研究内容
让阅读更加向环保型、科技型社会靠拢，令阅读更加信息化、技术化，使阅读不再枯燥，并彻底脱离纸质书本的约束，实现利用软件把文本展现在电子平台上。携带更方便，阅读量更大，范围更广泛。
本次毕业设计是以EP1C12Q240C8为核心芯片，设计一个文本浏览器。利用NiosII进行芯片级硬件设计（SOPC）,包括为系统配置IP核和为IP核配置相关应用程序，用QuartusII 进行C语言编程，使之可以实现文本浏览器功能。之后设计板级硬件电路，在芯片最小系统的基础上，外加LCD、键盘和USB接口等外设，使之成为一个完整的系统。再利用SOPC实验开发平台进行系统调试和修改，确保接下来的工作正确有效的进行。进行基于SOPC的文本浏览器原理图设计，并根据原理图绘制PCB板图。最后进行焊接、调试，形成SOPC的文本浏览器成品。
本次设计可实现：通过USB口下载阅读文本，用键盘控制文本正常滚动，删除本次下载内容、返回首页、退出阅读、阅读下一页、掉电之后文本不丢失，开机之后可继续阅读等功能，这些都为一个基本的文本浏览器所必须具备的功能。
三、实现方法及预期目标
1、初步方案及环境 整体设计方案
（1）芯片级硬件设计方案（SOPC）
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图1 芯片及硬件设计框图
上图为本次设计的IP核，即Nios内核，是文本浏览器的灵魂。 其各部分的功能大致如下：
AVALON_BUS：AVALON_BUS是一种相对简单的总线结构，主要用于连接片内处理器与外设，以构
成片上可编程系统（SOPC）。它描述了主从结构间的端口连接关系，以及构件间通讯的时序关系。
SRAM：SRAM的速度相对比较快，作为NIOS 处理器的RAM和程序运行空间。 FLASH：掉电不丢失数据，一般用来存储应用程序。可以烧写数据到FLASH中。 JTAG_UART：开发板与PC之间调试、通信。 DB：数据线。 RD：读信号。 WR：写信号。 CD：命令/数据信号。 LCD_CS：LCD的片选。 D12_CS：USB模块的片选。 D12_INT：USB模块的中断。 D12_SUSPEND：USB模块的挂起状态。 KEY_COL:键盘列控制。
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KEY_ROW：键盘行控制。 （2）芯片级软件设计流程
图2 芯片及软件设计流程图
液晶屏开机界面显示文本后，由四个键来控制阅读，按*键，可以进行从头阅读的操作，界面返回文本的第一页；按#键，可以进行阅读下一页的操作，文本显示下一页，按C键，可以进行退出阅读的操作，界面返回主菜单页，按D键，可以进行删除当前所有内容的操作，当前内容清空。
（3）外围电路设计方案
图3 外围电路设计图 芯片外加电源、复位、晶振构成最小系统，在最小系统的基础上加USB接口、KEY接口、LCD
接口则构成了完整的文本浏览器系统。
实现步骤
①进行芯片级硬件设计（SOPC）,包括为系统配置IP核和为IP核配置相关应用程序，用 C语言编写程序，可以实现文本浏览器功能。
②设计板级硬件电路，在芯片最小系统的基础上，外加LCD、键盘和USB接口等外设，使之成为一个完整的系统。
③利用SOPC实验开发平台进行系统调试和修改，确保接下来的工作正确有效的进行。
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④进行基于SOPC的文本浏览器原理图设计，并根据原理图绘制PCB板图。 ⑤焊接、调试，形成SOPC的文本浏览器成品。 2、重点及难点 （1）USB接口设计
通过USB接口芯片PDIUSBD12完成USB接口模块和其他模块的通信。PDIUSBD12（以下简称D12）是一款带并行总线的USB接口器件，通常与微控制器进行通信，另外它还支持本地的DMA传输。D12完全符合USB1.1版的规范，还符合大多数器件的分类规格：成像类、海量存储器件、通信器件等设备以及人机接口设备。另外它还集成了许多特性，包括SoftConnectTM、GoodLinkTM、可编程时钟输出、低频晶振和终止寄存器集合、所有这些特性都为系统显著节约了成本，同时使USB功能在外设上的应用变得容易。 （2）键盘驱动设计
键盘扫描的实现过程如下：对于4×4键盘，通常连接为4行、4列，因此要识别按键，只需要知道是哪一行和哪一列即可，为了完成这一识别过程，首先输出4列中的第一列为低电平，其它列为高电平，然后读取行值；然后再输出4列中的第二列为低电平，读取行值，依此类推，不断循环。系统在读取行值的时候会自动判断，如果读进来的行值全部为高电平，则说明没有按键按下，否则如果读进来的行值发现不全为高电平，则说明键盘整列中必定有至少一个按键按下，读取此时的行值和当前的列值，即可判断到当前的按键位置。 （3）LCD显示设计
本设计预选用的LCD显示模块为240×128点阵，该模块内藏有T6963C控制器，显示模块与CPU的接口采用标准的8位微处理器接口，即D0～D7、nRD、nWR、nCE以及C/D信号，当C/D为‘1’时，选中指令通道，数据总线上的数据均为指令；当C/D为‘0’时，选中数据通道，数据总线上的数据为写入LCD或读出的有效数据。 （4）字库
Flash ROM中可存放128个8×16的ASCII字库和国标一二级汉字字库。 （5）存储器
要想把文本文件从PC上下载到设备中，设备中必须有相应的存储空间分配给该数据。存储体可以是Flash ROM、EEPROM和SRAM等，具体依系统的资源而定。
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五、进度安排
第1周 初期资料查阅 第2周 初期资料查阅
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第3周 撰写开题报告、资料查阅、熟练掌握QII软件使用方法 第4周 开题报告提交指导教师审阅、修改、资料查阅、提交开题报告 基于SOPC的文本浏览器系统总体设计方案确定
第5周 基于SOPC的文本浏览器系统的IP核配置、与IP核配套的硬件设计 第6周 基于SOPC的文本浏览器系统的IP核配置、与IP核配套的硬件设计 第7周 基于SOPC的文本浏览器的软件设计 第8周 利用SOPC实验平台进行系统调试和修改 第9周 利用SOPC实验平台进行系统调试和修改 第10周 基于SOPC的文本浏览器原理图设计
第11周 基于SOPC的文本浏览器原理图及PCB板图设计
第12周 基于SOPC的文本浏览器原理图及PCB板图设计，提交PCB板文件制板 第13周 焊接，基于SOPC的文本浏览器软硬件联合调试，形成成品。 总结实习经验，编写程序文档，撰写毕业设计论文 第14周 基于SOPC的文本浏览器系统软硬件联合调试，形成成品。
总结实习经验，编写程序文档，撰写毕业设计论文
第15周 毕业设计论文初稿提交指导教师审阅\\修改毕业设计论文
完善基于SOPC的文本浏览器系统设计工作
第16周 修改毕业设计论文\\提交毕业设计论文定稿 第17周 毕业答辩
六、参考文献
[1] 江国强.SOPC技术与应用[M].北京：机械工业出版社.2006：190-230 [2] 候建军，郭勇. SOPC技术基础教程.北京:清华大学出版社.2008:2-310 [3] 王晓迪.SOPC系统设计与实践[M].北京:北京航空航天大学出版社.2008:235-267 [4] 王建校等.SOPC设计基础与实践.西安:西安电子科技大学出版社.2006:300-390 [5] 周立功.SOPC嵌入式系统基础教程[M].北京：北京航天航空大学出版社.2006:85-102 [6] David Pellerin，Scolt Thibault.Practical FPGA Programming in C[M].Nether
land:Kluwer Academic Publishers,2007:100-120
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指导教师：
年 月 日
督导教师：
领导小组审查意见：
审查人签字：8
年 月 年 月 日
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