2 传真规程设计实现
2.1 传真系统设计
　　系统开发工具选择QuartusII和NiosII IDE环境，结合SoPC技术，软硬件协同设计开发。器件选择Altera公司的Cyclone系列EPEC20F400C开发板，使用QuartusII中SoPC Builder对硬件系统进行定义，完成硬核开发的集成过程。根据设计需要对CPU进行定制，包括CPU的数据和指令缓存的大小、CPU寄存器数量等[4]。除了NiosII之外,还需要将外围设备的IP添加进来。本设计就是将在前面提到的各种NiosII自带的各种IP核(UART控制器、定时器等)添加进来，其余自定义的逻辑器件接口同CPU的连接只需在SoPC Builder中将对应的接口模块添加进来即可。
　　NiosII核与调制解调器通信是通过UART控制器实现的。原来的UART直接选用Altera公司提供的标准UART组件，通信时通过寄存器单字节收发，每个字节都会有中断触发。为了方便软件编程，Altera提供硬件抽象层HAL(Hardware Abstract Level)系统库驱动程序，该驱动程序是一个集成到HAL系统中的HAL字符模式设备驱动程序，代替访问UART寄存器，编程者直接使用HAL的API和ANSI C标准库函数访问UART。此时，UART相当于字符设备文件，可以像打开文件、读写文件一样操作UART设备。
　　对UART的操作与对文件的操作一样。打开UART设备后，向调制解调器发送的AT指令和HDLC帧数据以写文件的方式写入UART设备，UART把数据发送至调制解调器的串口，命令执行对应的操作。调制解调器通过串口把结果值和HDLC帧数据返回到UART设备，程序以读文件的方式从UART设备读取数据，并判断执行下一步对应的操作。系统框图如图4所示。

 

2.2 程序流程设计
　　传真发送过程就是对Modem不断操作的过程，通过Modem完成数据的收发及信号的握手。DTE向调制解调器发送命令，调制解调器DCE对命令做出响应，完成该命令的操作，并返回命令执行的结果码。
　　对调制解调器发送的命令是AT指令，命令形式化为“AT+命令值”，例如“AT+FRH=3”，表示命令Modem准备以300 b/s的速率接收数据。根据T.30建议书的要求，发送的TCF信号是连续1.5 s的“0”序列，设计过程中通过反复实验，用软件连续发送一定的字节内比特位为0的数据，可达到通信要求。在接收TCF信号时，把接收到的0比特数据存入缓冲区，然后判断是否满足在当前通信速率下的连续0比特数据量。在报文传输阶段，发送的数据为处理后(扫描、二值化、编码)二进制数据，根据ITU-T T.4标准，传输的数据可以采用MH/MR/MMR编码，并且每行的编码数据发送时间不能少于20 ms[5]。所以编码数据传输时要对数据量小的一行编码进行0 bit填充，这部分在软件设计时实现。报文数据以字节为单位将8 bit数据高低位顺序颠倒，再传送给UART。报文数据传送完之后需添加发送结束标记<DLE><ETX>，告诉Modem报文数据结束。
　　同样，接收传真时，T.30建议书对判断连续1.5 s的“0”没有具体要求，这里采用缓冲区数据判断，把接收的“0”存入缓冲单元，判断“0”的个数来决定当前的通信速率是否满足。在接收到报文数据后，需要把结束标记从数据中滤出，存入缓冲区，再传送给译码打印系统或存储Tiff文件。限于篇幅，仅给出如图5所示的发送单页传真样张软件实现流程图。

 

3 验证与调试
　　在NiosII IDE开发环境下完成设计代码，将Nios硬核和软件程序下载到FPGA开发板上，在线调试。最后在开发板上运行该程序，实现与远端普通传真机的传真业务通信。所选择的远端普通传真机为光电传真机OEF319系列传真机和Pansonnic系列传真机。测试主要内容为：
　　(1)发送传真。在PC机上将符合ITU标准的测试样张Tiff文件中的传真数据存储到文件，运行NiosII环境时暂存到缓冲区，执行传真通信，将传真数据发送出去。远端传真机打印出数据和样张对比，文字清晰可读。
　　(2)接收传真。和远端传真机通信，接收对方发来的传真数据并缓存。由于没有打印设备，不能有效对比接收数据和样张。把本次接收的数据缓存，作为发送传真的测试数据，基本保证了传真测试。采用这样的测试策略，接收传真的功能基本实现。在后面深入研究中，可以将打印设备添加到FPGA开发板的系统中，这样就完善了传真系统。
　　经测试对比分析，传真流程合理，与商用传真机正常通信。但传真附加功能和整个传真系统还有待于进一步完善。 本文深入分析了T.30传真通信建议书，基于NiosII软件集成开发环境实现了传真通信规程，并将软件下载到Altera公司系列开发板上。通过测试验证，实现了和普通商用传真机的传真通信。基于NiosII软核的传真通信规程的实现，为嵌入式传真机提供了一种新的设计开发策略，为传真机产品升级和提高性能提供了参考；对打破国外传真机芯片及产品的垄断，实现中国传真机自主知识产权及产业化，都具有重要的现实意义。