内河水运是国家归纳运送体系和水资源归纳使用的重要组成部分，是完结经济社会可持续发展的重要战略资源。航标是内河航道的根底助航设备，传统的航标办理模式落后，规范化程度低，实时性、安全功用差，已无法满意当时日益繁忙的航道运送所提出的高质量安全飞行的需求。
Nios II是Altera公司推出的依据RISC技能的软核CPU，作为一种用户可随意装备和构建的32位总线嵌入式体系微处理器软核，它的硬件规划方面用户是可自定制的，具有灵敏性和可削减性等长处。
结合内河航道航标办理的实践情况，介绍了一种新的依据Nios II软核的航标监控体系的规划计划。依据体系的运转成果显现，规划完结了体系预期功用，为监控中心能实时地监测航标的作业参数与状况，办理信息，及时发现毛病，然后进步航标的牢靠性，增强航道飞行的安全性，进步办理功率。
1、体系终端硬件电路的完结
航标监控体系终端硬件规划首要包含GSM短消息发送模块、GPS数据收集模块、磕碰压力处理电路等组成的外围设备，还有以32位Nios II CORE为主体的中心逻辑两个首要部分组成，体系终端硬件框图如图1所示。
1．1 外围设备
外围设备是指某些详细操控电路或模块接口，它们都对错逻辑的，并且无法在FPGA／CPLD顶用可编程逻辑来完结。
1．1．1 磕碰压力处理电路
对航标是否遭到磕碰须作实时监控，防止航标受磕碰损坏，而导致未能给飞行体作正确指示，依据体系规划要求，磕碰压力信号丈量的电路规划如图2所示。
力传感器采样数据送两级运放LM324进行调理扩大后，送入双12位A／D转换器的VA1和VA2。AD7862以250 kHz的采样率一起进行4个通道信号采样，输入给片内采样一坚持扩大器的信号经差分并在ADC输入期间内坚持，将模仿信号转换成体系需求的数字信号。
1．1．2 GSM、GPS模块
操控中心GSM Modem选用Siemens公司的无线通讯引擎TC35终端，它由引擎模块、天线及其外围电路组成。监控终端TC35i模块的用户口选用40脚的ZIP插座，其间包含了模仿音频、RS232接口、SIM卡接口和电源，外围电路首要是SIM卡电路和发动操控电路。
GPS数据收集模块选用美国泰雷兹导航定位公司（Thales Navigation）的一款高功用、低功耗的小型GPS接纳机B12 OEM，经过共同的软件算法和最新的GPS技能，泰勒兹公司把B12优化成快速处理、导航、车辆盯梢、移动数据、长途信息处理的手持产品。它支撑差分长途操作，可进步体系差分定位精度。
1．2 片内逻辑的规划
将概念结构转化为与实践体系相应的数据模型的进程称为逻辑结构规划。FPGA的片内逻辑规划，包含体系模块和用户自定制逻辑区域。体系模块是指由SOPC builder主动生成的规划，SOPC builder会依据用户挑选的IP生成相应的HDL描绘文件。用户自定制逻辑区域内能够包含用户自定义的Avalon外设，以及与体系模块无关的其他用户自定制逻辑。
使用FPGA中的可编程逻辑资源和现有IP软核，如Nios II核、片内Boot ROM、用于FIFO的片内双口RAM、定时器TImer、JTAG UART等来构成该嵌入式体系处理器的接口功用模块。
1．2．1 串行通讯接口UART
UART是依据RS232通讯协议的串行通讯接口，用于在Altera的FPGA中完结简略的RS232异步发送和接纳逻辑。由于GSM、GPS模块两者的数据通讯接口都为规范RS232串行接口，因而，可方便地与NiosⅡ体系的串口相连。
图1所示的监控终端硬件规划框图中，UART-1衔接GSM短消息发送模块TC35i，使用AT指令操控TC35i收发信息和拨号，操控中经过RS232串口与GSM TC35 Modem通讯。GSM模块接入GSM网络，依照规则的通讯协议，以短信方法完结航标的作业参数与状况信息的传输。
UART-2衔接GPS OEM板，经过GPS定位模块的接纳天线接纳导航信号，经接纳机解调处理，获取航标灯的方位信息，包含航标灯的代码、方位的经纬度、测定时刻等信息，再将经纬度坐标经过无线通讯体系传送给监控中心。
1．2．2 自定制AD7862接口VHDL规划
Nios II是一个可灵敏定制的CPU，它的外设是可选的IP软核或自定制逻辑。经过自定义编写AD7862接口的VHDL代码，编写其用户逻辑作为体系外设，部分VHDL代码如下：
关于这个操控电路规划，使用Modesim进行仿真如图3所示，经过剖析该规划契合时序要求。
2 、体系终端软件规划的完结
使用SOPC Builder开发工具创立专用的处理器体系的硬件后，SOPC Builder还为编写操作这些片上硬件的软件代码供给了一个Nios II集成开发环境IDE，这个软件开发环境包含言语的头文件、外围接口的驱动以及实时操作体系的内核，可完结整个软件工程的编缉、编译、调试和下载等进程，进步了软件的开发功率。
主操控程序是经过收集数据来完结主动报警、状况查询、方位显现等功用。体系进行给GSM上电复位，设置航标灯的4个坐标点区域信息；设定4个GPS作业时刻距离；航标灯其他体系参数检测是否需求重启等，程序流程如图4所示。
3、 结束语
介绍了一种依据Nios II软核处理器的内河航标监控体系的规划，与传统和限制的硬件安排和衔接的操控体系计划比较，FPGA强壮的逻辑操控性结合Nios II软核的灵敏的功用，可方便地完结功用修正和增加；高度地集成才能，较大程度上削减产品体积以及外部信号对体系的搅扰，增加了体系的牢靠性、安稳性和灵敏性。使用GSM和GPS进行定位数据的无线传输体系具有简略、安稳、牢靠、掩盖规模广的特色，并且在本钱上具有较大地优势。
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