基于FPGA的LZO实时无损压缩的硬件设计

3LZO压缩系统集成与测试验证

　　3.1LZO压缩系统硬件结构

　　如图4(A)为LZO压缩系统SOPC硬件结构，内层虚线表示FPGA，虚线内的模块有相应的代码或硬件电路构成，外层虚线表示DE2开发板，开发板提供了相应的资源。图中：PC机通过下载线将待压缩的数据传送至DE2开发板上的SDRAM，数据经压缩后再经下载线回传至PC机;Nios II处理器负责与用户交互，对待压缩数据进行管理，控制整个SOPC的正常工作;JTAG-UART用于设计过程中的软件和硬件调试;DMA控制器用于高速数据传输，它将片外SDRAM中的待压缩数据传送到LZO压缩算法模块，将LZO压缩算法模块中被压缩后的数据传送到片外SDRAM中;LZO压缩算法模块用于对用户传输过来的数据进行压缩，它与片外SRAM进行通讯;LCD控制器用于控制LCD的显示，LCD可显示LZO压缩文件开始与结束，增加用户交互的可视性，例如显示待压缩文件的大小，压缩后的文件大小等;PIO控制LED指示灯的亮与灭，LED灯可用于指示LZO压缩文件开始与结束，增加用户交互的可视性;On-chip memory用于存储系统启动时的软硬件配置等信息;SDRAM控制器用于控制SDRAM与系统数据的交换;SDRAM用于存储指令和数据;SRAM用于存储LZO压缩算法过程中产生的压缩信息，在硬件设计中扮演字典的角色，采用片外SRAM的原因是考虑到FPGA片内资源可能不够使用;以上所有涉及到的模块均采用Avalon总线规范进行数据通信，它们共同挂载到数据总线上，Avalon总线具有自身的仲裁结构、地址分析等功能，易于用户集成开发。

　　3.2 开发板简介

　　测试与验证平台如图4(B)所示的DE2开发板，该开发板上的核心芯片为Altera公司的Cyclone II EP2C35FPGA。选择该开发板作为测试平台主要基于以下考虑：拥有足够的片外存储资源(SDRAM 8MB、SRAM 512KB);拥有较丰富的片上逻辑资源(35K LEs);拥有丰富的可用于调试的外设(LCD、7-segment-displays);支持 Nios II嵌入式软核;成本较低。

　　3.3 测试结果及对比

　　针对LZO压缩算法模块和集成后的系统进行板级测试，一方面验证算法模块及集成后的系统的功能正确性，另一方面测试分析算法模块及集成后系统的性能。测试内容包括：数据压缩率(压缩后的文件大小/压缩前的文件大小)，数据压缩速率(单个周期内处理的字节数)。

　　通过图5(A)可知，压缩率提升最大的是1.pdf文件，提升最小的是7.mp3文件(音频文件已经采用音频压缩算法压缩过了)，除去最大值和最小值后取平均值，则压缩率提升为1.37%;通过图5(B)不难发现，压缩速率提升最快的为2.txt文件，提升最慢的为10.dll文件，除去最大值和最小值后取平均值，则压缩速率提升为4.81倍。