基于NIOSⅡ处理器的智能家居控制系统设计

　　在现代家居环境中，随着照明、智能电器、安防等设备的日益增多，电气安装、控制线路也日趋复杂。在满足多功能要求的同时，安装简单、良好的扩展性和低廉的运行成本，成为现代智能家居系统技术发展的必然要求。随着计算机功能的日益强大和网络的普遍应用，人们对各种智能化产品的需求越来越强烈，家居智能化、网络化、远程化和系统化设计以其安全、舒适、便捷的服务而受到消费者的青睐。因此，智能家居控制系统有很大的发展潜力。
 

　　与其他同级别的CPU，例如ARM、MIPS和POWER-PC等处理器相比NIOSⅡ处理器有其明显的设计优势；能够随着设计者的需要自由定制，并且SoPC技术将处理器、存储器、I／O口等系统设计需要的功能模块集成在一个PLD器件上，构建成一个可编程的片上系统，具有灵活的设计方式，可裁减、可扩充、可升级，并且很好地利用IP复用技术，在SoPC Builder开发工具中包含NIOSⅡ处理器以及其他一些常用外设IP模块，可以很方便地将处理器、存储器和其他外设模块连接起来，形成一个完整的系统，具有极大的应用灵活性，并且对于系统升级来说也是相当方便的。
 

　　本文设计的智能家居控制系统采用基于NIOSⅡ的SoPC技术，结合NIOSⅡ软核处理器和CycloneⅡ开发套件实现。整个硬件系统包括核心的FPGA芯片，外部扩展的SDRAM，FLASH、各种输入／输出电路以及SMSC公司的LAN91C111以太网接口芯片等。
 

　　2 系统设计

　　对于一个智能家居控制系统，需要满足照明灯光控制、智能家电、家电电源的本地或远程控制及安防监测控制等要求，本系统将通过FPGA、NIOSⅡ处理器、以太网以及扩展的外部电路实现对于家电环境的远程控制。
 

　　设计首先在FPGA上搭建主要的系统架构，然后在FPGA外围搭建系统扩展电路，包括SDRAM，FLASH以太网接口电路，其次利用Visual Basic编写桌面控制软件通过以太网来控制系统，实现对于系统电路的远程控制。同时，可以通过系统的输入按钮向远程客户端发送信息，通过桌面软件接收信息并显示，实现两端的消息通讯。由于系统利用以太网来进行数据的传输和处理，将智能家居控制系统和目前功能日益强大的计算机以及广泛应用的互联网紧密结合在一起，具有更强大的功能性以及使用的方便性。
 

　　3 系统硬件电路设计

　　Altera的NIOSⅡ处理器设计突出优点表现在他的灵活性和可裁减性上，系统提供了大量IP，设计者可以任意对IP进行选择，同时，用户也可以根据需要定制自己的IP，实现自己所需要的功能。图1表示本系统设计中CycloneⅡ芯片的内部配置情况以及与外围设备的连接情况。
 

　　在本系统设计中，主要使用了如下的Altera IP，并对其进行相应设置：
 

　　(1)NiosⅡProcessor：该IP是系统处理器模块，作为整个系统运行的控制处理核心；
 

　　(2)FLASH Memory(CFI)：该IP是外部存储器FLASH控制接口模块，完成对FLASH的时序控制；
 

　　(3)DDR SDRAM Controller：该IP是外部存储器DDR SDRAM的接口控制模块，完成对DDR SDRAM的时序控制；
 

　　(4)JTAG UART：该IP完成在主机PC和SoPCBuilder系统之间的字符流传输，进行程序的下载，以及硬件软件的在线调试；
 

　　(5)LAN91C111 Interface：该IP是外部以太网芯片接口模块，完成NIOSⅡ系统对外部LAN91C111网卡芯片的控制，进而实现系统的以太网数据传输；
 

　　(6)Character LCD：该IP是外部LCD的接口控制模块，完成对外部液晶模块显示的控制；
 

　　(7)PIO：该IP是通用I／O控制模块，用来控制外部的输入输出；
 

　　(8)Interval timer：该IP是系统的定时器模块，完成对系统时间的处理。