远程心电医疗信号监测系统设计
3.4 显示模块设计
为了能够直观地显示出采集的心电波形，需要显示设备的支持。本设计采用的LCD面板是TFT 320*240 LCD。该LCD模块没有显示控制器，因此需要设计显示控制器IP核来驱动LCD面板。本设计实现的显示控制器IP核采用Verilog HDL设计，支持多种颜色模式，包括18bpp，16bpp，8bpp和自定义模式。图像存储器lcd_fifo是采用片内FIFO，可以根据需要进行词整。256色的颜色查找表采用片内RAM来存储。图像信息能够通过AvaIon总线主端口写入的突发块传输方式进行传输，利用DMA从内存中自动读取，在SDRAM图像存储器image_ram与片上图像数据缓存器lcd_fifo之间建立了一条专用DMA通道，该控制器结构如图4所示。
该LCD控制器IP核主要由4个模块组成：接口模块、内存模块、颜色转换模块和时序模块。
接口模块主要是NiosⅡ处理器对LCD控制器进行控制及状态读取。接口模块主要是以寄存器方式存在的，其中寄存器有：控制寄存器、状态寄存器、DMA地址寄存器和中断寄存器。
内存模块是Avalon总线的主接口部分，在系统启动之后，利用DMA传输模式，通过Avalon总线主端口写入的突发块传输方式，完成图像数据存储器image_ram中的图像数据到片上图像数据缓存器lcd_fifo的独立读取。采用DAM传输方式是为了把NiosⅡ软核处理器从频繁地进行数据读取操作的工作中解脱出来，这样可以大大提高系统的工作效率。
颜色转换模块将读取后的数据根据4种颜色模式不同进行数据读取的转换，其中8bpp和自定义模式由于颜色不足，需要接入颜色查询表处理。自定义模式可以手动对调色板的地址进行预设来定义输出的颜色。
时序模块严格按照LCD的时序编写，其中LCD时钟为5 MHz。通过控制数据使能信号启动lcd_fifo数据输出，逐行扫描显示。同时，设计该模块时，在数据有效信号(DE)有效前，须检查lcd_fifo中是否存有数据，以确定是否进行数据读取和传输；须进行调色板模式设置，在帧传输过程中需要进行模式锁定，以免出现传输错误；须根据不同bpp模式，确定不同的读取时间段，18bpp每次都读取，16bpp间隔1次读取，8bpp间隔4次读取。
3.5数据存储模块设计
本设计选用SD卡作为外接存储硬盘。SD存储卡具有大容量、高性能、安全性好等特点的多功能存储卡，被广泛用于数码相机、掌上电脑和手机等便携式设备中。SD卡上所有单元由内部时钟发生器提供时钟，接口驱动单元同步外部时钟的DAT和CMD信号到内部所用时钟。SD卡有两种通信协议，即SD通信协议和SPI通信协议，与SPI通信协议相比，SD通信协议的最大优点是读写速度快，单根数据线理论上可以达到25 MB／s，四线传输可以达到100 MB／s，本设计采用的是四线SD通信协议。
本设计中对SD卡的协议采用软件编写：首先在SoPC Builder里定义了6个I／O口：SD_CMD，SD_DAT0-DAT3，SD_CLK，分别对应SD卡的命令、数据、时钟端口，然后在NiosⅡIDE上按照SD卡的传输协议编写C程序来对6个I／O口进行操作，以此来实现SD卡的传输协议。在完成SD卡数据块的读写基础上移植了文件系统。FAT16，这样在不影响读写速度的条件下节省FPGA的资源。
3.6 数据传输模块设计
为了实现远程的数据交换，本系统采用以太网络进行数据传输。设计采用DM9000A作为以太网控制芯片。DM9000A是DAVICOM公司的一款高速网络控制器，具有通用处理器接口、一个10／100M PHY和4kB的SRAM。为了实现数据的网络传输，设计需要完成的任务有：在NiosⅡ上移植了μClinux操作系统、完成网络底层驱动程序的设计、基于网络协议的应用程序开发。其中在NiosⅡ上移植了μClinux操作系统的工作已经完成，因此本设计的关键任务是完成网络驱动程序设计与应用程序开发。
基于DM9000A的HAL设备驱动设计主要分为两步：首先是DM9000A的Avalon总线接口逻辑设计；其次DM9000A的读写驱动程序设计；最后按照HAL的驱动模式将DM9000A的驱动程序移植进HAL。DM9000A是作为Avalon总线的从外设与NiosⅡ进行通信。DM9000A的Avalon总线接口逻辑主要完成芯片信号与Avalon总线接口信号的对接。
DM9000A不允许直接访问芯片内部的寄存器，需要通过数据端口和索引端口来读写。而这两个端口由CMD管脚控制：当CMD接高电平时为数据端口，CMD接低电平为控制端口。
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