基于FPGA的以太网音频广播系统的设计

摘要

传统的广播系统传送的是模拟音频信号，抗干扰能力比较弱，随着距离的增加，势必会造成信号的衰减，音频信号质量的下降，同时施工及维修比较困难。随着互联网技术和数字音频流技术的发展，音频信号的传输和处理逐渐向数字化转变。基于以太网的音频广播采用数字化技术传输音频信号，可以实现实时点播、多路分区播音，避免了传统音频广播在传输多路音频信号时需铺设多线路的缺点，同时具有良好的可靠性、稳定性、低失真度、易于安装布线等优点，有着广阔的发展及应用前景。
　　 本文结合数字音频及成熟的网络技术，采用基于FPGA的嵌入式系统实现以太网的互联，接收以太网传来的数字语音信号，实现网络广播功能。本文的主要工作如下：
　　 首先对PowerPC405硬核处理器和FPGA芯片技术的研究，分析网络音频广播系统的功能，进而利用EDK工具，在Virter—Ⅱ Pro中完成了PowerPC405硬核处理器的嵌入，并生成了外设总线接口、RS232接口等，通过IPIF在系统内总线上构建音频解码接口IP核，并利用EDK开发工具提供的IP核资源添加Ethernet接口IP核，最后连接所有组件，设计完成了FPGA嵌入式系统硬件平台。
　　 然后在软件平台上对Xilkernel系统进行配置，完成LwIP协议栈在Xilkernel上的实现，设计实现了平台上设备驱动程序，并根据网络数字音频广播的传输协议，从任务、数据结构等几个方面完成了Xilkernel操作系统下的程序设计。
　　 最后通过对系统的调试，系统达到了实际的要求，完成了预定目标。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 以太网音频广播产生及发展

1.1.1 传统音频广播的局限

1.1.2 数字网络技术

1.1.3 以太网技术的特点及发展

1.2 FPGA技术的发展现状

1.2.1 FPGA原理与发展

1.2.2 FPGA上的嵌入式系统

1.3 论文的主要工作及章节安排

第2章 系统开发环境及相关理论

2.1 系统硬件开发平台

2.1.1 系统硬件资源

2.1.2 片内微处理器PowerPC

2.2 系统开发工具EDK

2.2.1 EDK组件介绍

2.2.2 EDK开发流程

2.3 Xilkernel操作系统

2.3.1 Xilkernel的模式

2.3.2 Xilkernel应用程序的构建

2.3.3 Xilkernel进程模型

2.4 嵌入式协议栈相关理论

2.4.1 OSI参考模型

2.4.2 TCP/IP协议族

2.4.3 LwIP协议栈

2.5 本章小结

第3章 系统总体设计

3.1 服务器端设计

3.1.1 语音数据的采集与发送

3.1.2 数据传输协议选择

3.1.3 数据传输模式选择

3.2 网络音频终端设计

3.2.1 音频终端硬件设计

3.2.2 音频终端功能设计

3.2.3 音频终端软件结构

3.3 本章小结

第4章 以太网音频广播终端的实现

4.1 基于PowerPC的硬件平台搭建

4.2 定制与添加外设IP核

4.2.1 添加IP核Ethernet MAC

4.2.2 用户IP核opb ac97的实现

4.3 连接所有组件

4.4 基于Xilkernel的软件设计

4.4.1 Xilkernel操作系统的配置

4.4.2 LwIP在Xilkernel下的实现

4.4.3 应用程序的设计

4.5 系统调试

4.6 本章小结

第5章 结论

参考文献

致谢

研究生履历