我们在设计该系统时，考虑了在uClinux系统上使用USB调制解调器时的性能下降问题。然而事实显示，网络性能与在PC环境中运行的性能几乎相同。 

　　设计的体系结构 

　　整个系统由uClinux操作系统控制。包括图像处理模块在内的摄像头控制系统和子系统由完整的FPGA组成。 

　　标准JPEG库libjpeg的DCT函数被更改为C2H加速器。图像处理模块、VGA控制器和步进马达控制器被组合成一个单独的SoPC组件。总共消耗了31000LE。 

　　设计描述 

　　组合uClinux和C2H 

　　使用操作系统可以灵活地在复杂的多设备环境系统中进行开发。uClinux内核是适合于非MMU处理器的操作系统内核。由于uClinux系统中没有内存管理单元，因此可以极大地简化基于Nios处理器对定制的硬件加速器进行访问的应用程序的使用。 

　　在NiosIDE环境中编写的代码经过很少的更改或无需更改即可在uClinux下的多任务环境中运行，因为在uClinux中对内存映射地址的写操作没有限制。 

　　我们可以通过常用的技术在uClinux上使用C2H加速器。将C2H加速器从NiosIDE移到uClinux上所需步骤如下： 

　　第一步是生成一个临时项目。然后，在NiosIDE中编译并生成加速器。现在，我们可以在Debug目录中看到加速器的打包函数。将这些头文件(Headerfile)和打包函数复制到uClinux开发目录中。如果您尚未对FPGA编程，则进行该项编程。 

　　下一步是使用Nios的gcc工具和elf2flt选项编译经过加速的应用程序。确保必需的头文件(如system.h或io.h)存在。在完成此步骤后，将生成的执行文件复制到单片机上。在大多数情况下，它的速度会比仅使用软件的系统要快。 

　　可惜的是，我们在将libjpegDCT函数转换成加速器时面临着性能方面的问题。我们将在接下来的部分介绍针对性能问题的解决方案。 

　　优化C2H编译器的JPEG库 

　　一般情况下，开发人员会考虑使用DSP进行JPEG压缩，但DSP需要有自己的软件程序来提供支持。选择可以加速libjpeg的C2H编译器是一个正确的决定，因为许多现有应用程序都使用作为JPEG标准库的libjpeg。 

　　但是，在使用C2H编译器转换原始的DCT函数时，它所显示的性能比仅使用软件设计的性能低。从结构上来说，对数据高速缓存的刷新是一个问题，它的数据处理工作是以64个字节为单位进行的。我们设计了适合于C2H编译器的经过优化的缓冲区管理系统。这个管理器实现了4倍的性能提升。 

　　创建自定义的SoPC组件 


　　每个部件都由VerilogHDL单独设计，并作为一个组件添加到SoPC中。图像处理模块、VGA控制器和步进马达控制器被组合成一个单独的SoPC组件，因为这些部件相互之间都有密切的关联。这些组件作为AvalonMaster的组件在SRAM上写入图像数据。 

　　使用自定义指令对MPEG音频进行解码 

　　在使用NiosII处理器和uClinux的环境中播放MPEG音频存在三个主要问题：处理器性能、FIFO的大小以及在uClinux中用于输出的设备驱动程序。 

　　我们发现，100MHzNiosII处理器在CycloneII芯片上对立体声128Kbps44.1KHzMP3音频进行解码时会有性能损失。如果FIFO足够大，则可以在该系统中播放单声道音频，但CPU会一直分配用于播放音频的性能。 

　　我们在Nios处理器上添加了使用自定义指令的64位乘法器以实现64位乘法计算；这种运算方法在Libmad库中经常用到。播放的性能提升了大约2.5倍，用于计算的时钟使用率有所降低。 

　　还有其它一些原因使音频播放质量不佳。首先是采样率不好，其次是缓冲区大小不足，最后是多任务处理环境。音频将参考使用17MHz的时钟。