基于NiosII进行图像传输的网络传真机系统设计

　 一、引言

　　网络传真机是基于电话交换网和互联网络的传真存储转发，然后通过网络传真协议将数据文件发到网络传真服务器中，经服务器转发到目标网络传真机或者普通传真机的设备。传真图、文稿件数据经网络传真机扫描构件CIS（Contact Image Sensor）扫描成点阵数据，经过MH（Modified Huffman）编码模块编码成MH码字，通过图像传输系统进行传输。本文设计的网络传真图像传输系统可以将传真数据通过Inte-rnet网络发送到目标端，不但速度快，而且可以有效地节省网络费用。也称电子传真。它整合了电话网、智能网和互联网技术。能通过互联网发送和接收传真，不需要传统传真机的传真方式。通过网络传真机，用户可以象收发电子邮件一样接收和发送传真，具有方便、绿色环保、易管理等优点。

　 二、网络传真机接入网络

　　网络传真机通过图1所示的方式接入到网络中。网络传真机通过网络传真服务器进行转发，通信协议是非实时传真标准协议，根据目标传真机是网络传真机还是普通传真机，选择对应的Internet网络、PSTN网络进行推送。接入PSTN网络和目标传真机通过T30协议进行通信。通过Internet发送，传输的数据文件格式是Tiff，服务器会判断该传真是发往普通传真机还是网络传真机。如果发往普通传真机，服务器会解析Tiff文件并将解析出的传真编码数据发往普通传真机；如果发往网络传真机，则将该Tiff文件放到用户目录中，等待网络传真机自动或者手动收取。

 

 

　 三、网络传真图像传输系统设计

　　网络图像传输过程如图2所示。在发送网络传真时，传真数据被封装成Tiff文件进行发送。发送过程是：通过扫描设备获得像素点数据，经MH编码模块编码成MH码字，由封装Tiff文件模块封装成Tiff文件，启动网络发送模块进行发送。接收过程是：通过网络接收一个Tiff文件，提取附件并取出Tiff文件进行Tiff文件解析，然后经MH解码和打印模块进行MH解码和发送打印时序，由TPH（Themal Print Head）打印设备完成打印输出。

 

　　Tiff文件的构造和解析是本系统设计的难点。Tiff文件是由许多标签组成的，分为文件头和IFD（Image File Header）两部分。一个IFD中存储一幅图像的信息，IFD可以由许多标签组成。一个Tiff文件的格式如图3所示。具体的每个标签的含义参考RFC 2301（File Format for Internet Fax）文档、Tiff 6.0 Specification文档. 

　四、网络传真图像传输系统软硬件实现

   Altera 推出的Nios II系列32位RSIC嵌入式处理器。Nios II系列软核处理器是Altera的第二代FPGA嵌入式处理器，其性能超过200DMIPS，在Altera FPGA中实现仅需35美分。Altera的Stratix 、Stratix GX、 Stratix II和 Cyclone系列FPGA全面支持Nios II处理器，以后推出的FPGA器件也将支持Nios II。

　　能够满足任何应用32位嵌入式微处理器的需要，客户可以将代Nios处理器设计移植到某种Nios II处理器上，Altera将长期支持现有FPGA系列上的代Nios处理器。另外，Altera提供了一键式移植选项，可以升级至Nios II系列。Nios II处理器也能够在HardCopy器件中实现，Altera还为基于Nios II处理器的系统提供ASIC的移植方式。 　　Nios II处理器具有完善的软件开发套件，包括编译器、集成开发环境（IDE）、JTAG调试器、实时操作系统（RTOS）和TCP/IP协议栈。设计者能够用Altera Quartus II开发软件中的SOPC Builder系统开发工具很容易地创建专用的处理器系统，并能够根据系统的需求添加Nios II处理器核的数量。

　　使用Nios II软件开发工具能够为Nios II系统构建软件，即一键式自动生成适用于系统硬件的专用C/C++运行环境。Nios II集成开发环境（IDE）提供了许多软件模板，简化了项目设置。此外，Nios II开发套件包括两个第三方实时操作系统（RTOS）——MicroC/OS-II（Micrium），Nucleus Plus（ATI/Mentor）以及供网络应用使用的TCP/IP协议栈。

　　长期以来，Altera一直推行嵌入式处理器战略的原因是，随着应用的ASIC开发日益受到成本的困扰，OEM日渐转向FPGA来构建自己的系统。这些系统中绝大多数需要一个处理器，而Altera正是为设计者提供了为FPGA优化的灵活的嵌入式处理器方案，可以满足16位和32位嵌入式处理器市场的需求。估计到2007年，该市场价值将到达110亿美元。

　　在FPGA中使用软核处理器比硬核的优势在于，硬核实现没有灵活性，通常无法使用的技术。随着系统日益先进，基于标准处理器的方案会被淘汰，而基于Nios II处理器的方案是基于HDL源码构建的，能够修改以满足新的系统需求，避免了被淘汰的命运。将处理器实现为HDL的IP核，开发者能够完全定制CPU和外设，获得恰好满足需求的处理器。

　　系统硬件使用Altera Cyclone EPlC20开发板，CPU为NiosII。开发板含有SMSC LAN91C111-NE MAC／PHY芯片，用于实现网络中的MAC／   PHY功能。操作系统采用μC／OS-II，TCP／IP协议栈使用移植到μC／OS-II中的Niche TCP／IP协议栈。由于μC／OS-II是多任务实时内核，故图像传输系统设计了4个任务（Task）。任务之间的通信使用消息队列MailStorageQ、PrintStorageQ，如图4所示。

 

　　Create Tiff Task：该任务负责创建Tiff文件，调用构造Tiff文件的函数创建Tiff文件，调用成功后将Tiff文件的首地址通过消息队列MailStorageQ传递给发送网络传真的任务SmtpClientTask。

　　SmtpClientTask：该任务负责以SMTP协议的命令形式与网络传真服务器进行通信，命令有EHLO、AUTH、RCPT、MAIL、DATA、QUIT等。传真文件以邮件附件的形式进行发送。一封待发送的网络传真格式邮件（简称“邮件”）定义如下：邮件头，接着是一个空行，然后是邮件体（即正文），正文之后是附件。邮件头主要包括Date、From、To、Subject、Message-ID、Mime-Version、Content-Type等。正文是协议规定的标签：值格式的文本行，主要包含有账号密码、发送参数、发送目标号码列表信息等。附件是传真数据文件（Tiff文件）的base64编码字符。正文和附件在邮件中被分为两个Boundary。

　　Pop3ClientTask：该任务负责以POP3协议的命令形式与网络传真服务器进行通信，进行网络传真的收取。NetfaxprintTask：该任务负责分析邮件，解析邮件头，提取出附件（Attachment），对附件进行base64解码，然后对Tiff文件进行解析，定位出MH编码数据，交由MH编码和打印控制电路进行Tiff文件（传真）打印。

　 五、测试与调试

　　测试环境以亚森公司（AsiaTelecom）的网络传真服务器为传真服务器，Altera Cyclone EP1C20开发板为网络传真终端，开发板连接到Internet。

　　发送的Tiff文件（网络传真）样张如图5所示。接收的Tiff文件（网络传真）也可以成功解码和打印输出。

 

　　该网络传真图像传输系统成功解决了网络传真的图像组织与传输、解码以及打印的技术难题，对开发网络传真机具有重要意义。