成都理工大学硕士学位论文SOC多通道超声信号采集与处理集成系统的研究姓名：郁丽申请学位级别：硕士专业：电路与系统指导教师：郭勇;郭大江20100601摘 要 SOC 多通道超声信号采集与处理集成系统的研究多通道超声信号采集与处理集成系统的研究 作者简介：郁丽，女，1983 年 2 月生，师从成都理工大学郭勇教授、郭大江副教授，2010 年 6 月毕业于成都理工大学电路与系统专业，获得工学硕士学位。 摘摘 要要 随着 EDA 技术及微电子技术的飞速发展，单个芯片上的逻辑门数的增加，现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称 FPGA)的性能有了大幅度的提高，FPGA 的功能和处理能力越来越强。基于 FPGA 的嵌入式系统设计为现代电子产品的设计带来了更大的灵活性，以 Altera 公司开发的 Nios II 软核处理器为核心的 SOPC(System On Programmable Chip)系统便是把嵌入式系统应用在 FPGA 上的典型例子， Altera 公司开发的基于 SOPC 技术的 Nios II 嵌入式处理器，是一个可变结构的、通用型的 32 位 RISC 嵌入式处理器，用户可以非常方便地使用 SOPC Builder 系统开发工具设计构造以处理器为基础的系统，针对自己的要求配置 Nios II 软核、Avalon 总线及外围的接口系统。 基于 FPGA 的 Nios II 具有高性能、高灵活性、丰富的 IP 核库支持等特点，深受设计者的青睐，然而国内关于这方面的相关应用和研究还相对较少，本文将尝试着把 Nios II 软核处理器系统应用到医用超声诊断系统中去，实现对系统的处理和控制功能。 本文将在 FPGA 上设计一套基于 Nios II 控制系统实现对医学多普勒超声诊断信号的处理传输，系统采用 Altera 公司 Cyclone 系列的 EPlC12Q24017 FPGA芯片嵌入 Nios II32 位软核作为控制 CPU，首先在系统功能定义的基础上提出了在多普勒超声诊断硬件系统中 NiosII 系统的设计方案， 并对各个部分的功能做了说明。整个系统由数据采集模块、异步 FIFO 模块、FFT 处理模块、DMA 控制模块、总线接口模块构成。模拟信号送入后，经两片 AD 芯片 AD7829 分别将 I路信号和 Q 路信号转换成数字信号， 送入异步 FIFO 中缓冲， 然后进行 FFT 处理。SOC 控制 AD7829 的启动转换和读取转换，结果经过简单的处理，将数据送入FIFO 缓存。 在FPGA上利用Altera提供的宏功能模块(Megafunctions/LPM)实现FIFO存储功能，基于 Altera 公司提供的 FFT V2.2.1IP 核实现了复数 FFT 算法，将 FFT算法加入到 Nios 嵌入式处理器指令集中，尝试着用 Nios 软核处理器系统实现对医用超声经颅多普勒血流信号诊断系统的控制功能。增强了 Nios 系统的实时处I成都理工大学硕士学位论文 理能力。 Nios II 在超声信号处理系统中的应用， 是超声信号处理系统设计的一种新方法。它将 DSP、FPGA、MCU 的功能集成在一起，使 SOPC 成为可能，具有重要的现实意义。 关键词：Nios II SOC 超声信号处理 FFT 系统控制总线 IIAbstract Study on SOC Multi-channel Ultrasonic Signal Acquisition and Processing Integrated System Introduction of the author: Yuli， female， was born in February， 1983 whose tutor was Professor Guoyong and Associate professor Guodajiang. She graduated from Chengdu University of Technology in Circuits and Systems major and was granted the Master Degree in June， 2010. Abstract With the rapid development of micro-electronic technology and EDA technology and the increase of the number of logic gates on a single chip, the performance of FPGA (Field Programmable Gate Array, FPGA)has been improved greatly, FPGAs features and treatment capacity is growing. Embedded system design based FPGA makes modern electronic product design more flexible, which example is the System on Programmable Chip (SOPC) named Nios II soft-core processor system that is designed by Altera Corporation. Nios II microprocessor which is developed by Altera company,based on SOPC techonlogy is a changeable, general 32-bit RISC CPU. The developer can easily use the system by using SOPC Builder. Furthermore, the Nios II soft -core, Avalon system bus and its peripheral interface system can be confugured according to his own requierments. Nios II processor system attracts designers attention by its characteristics, such as high performance, flexible design, abundant IP provided, etc. However, application and research of Nios II is less in our country. In this thesis, the Nios II processor system will be attempted to apply to the Doppler ultrasonic diagnostic system, aiming for realizing systems processing and dominating functions. In the paper a Nios II control system is designed in FPGA,which achieves controlling the medical Doppler ultrasonic diagnostic signal processing and transmission.The system uses Altera Cyclone series EP1C12Q24017 FPGA chip embedded Nios II 32 soft-core as a control CPU,Firstly, the solution of the Nios II system in the Doppler ultrasonic diagnostic hardware system is designed on the basic of the system function definition, and each part of the solution is explained. The system is composed of data acquisition module,asynchronous FIFO module, III成都理工大学硕士学位论文 DMA control module FFT processing module. The analog signal is captured and converted to the digital signal by two piece of AD chip(AD7829), then digital signal is sent to the asynchronous FIFO buffer and doing FFT processing .After a sample processing, the SOC Starts the conversion of A/D and reads the conversting results are stored to FIFO module. Using Altera provides macro function modules(Megafunctions/LPM)to achieve FIFO Storage in FPGA, implemented plural FFT arithmetic based on IP core FFT V2.2.1 of Altera corporation, proposed a method of custom FFT instructions for Nios. We attempt to use the Nios soft-core processor system that can realize processing and control functions on transcranial Doppler ultrasonic diagnostic system. Therefore, it enhance Nios system real-time processing ability . The application of ultrasonic signal processing system of Nios II is a brand new measure of ultrasonic signal processing system.This paper has tremendous significance.It integrates the function of FPGA,DSP,MCU,and make SOPC possible. Keywords: Nios II SOC ultrasonic signal processing FFT system control bus IV独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得 成都理工大学 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的人员对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 成都理工大学 有关保留、 使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部