引言
SOPC可编程片上系统是一种独特的嵌入式微处理系统。首先，它是SoC，即由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能；其次，它是可编程系统，以FPGA为硬件基础，具有灵活的设计方式，可裁减、可扩充、可升级，并具备软硬件系统在线可编程的能力。
本系统采用了Altera公司的Cyclone II FPGA开发平台和相应的开发工具Quartus II进行系统硬件部分的开发；利用Nios II IDE实现了语音识别算法的编译、链接、调试和运行；同时还应用了Altera公司独具特色的C2H加速工具，实现了语音算法程序的硬件加速，使系统性能得到了明显的提升。
此次设计采用了二维条形码进行语音特征的存储，一方面是考虑到二维条形码的成本很低，市场应用潜力巨大；另一方面，正因为在个人证件上拥有了二维条形码，系统可以脱离
数据库的支持，变得更加灵活实用。
系统结构
本设计采用SOPC的可编程设计思想，以Cyclone II中实现的Nios II处理器为核心，系统架构如图1所示。
图1 系统结构框图
中心处理模块可以接收其他模块的数据，并进行处理，再将处理结果送到外部设备进行显示和报告。语音采集模块在用户注册和认证时采集用户口令(即语音)，其中包含A/D采样、量化、编码等，并会将数字形式的数据送到中心处理模块等待处理。系统以串口扫描枪做为条码扫描设备，用于读取个人证件上嵌入声纹特征的二维条形码中的数据，这些数据是在用户注册时生成的。
本设计将SOPC设计与二维条形码数据存储相结合，不仅发挥了各自的特点，而且扩宽了应用领域。
系统工作流程分为注册和验证两个阶段。注册过程需要采集同一用户的多个语音，通过注册算法生成个人的生物特征，将其嵌入到二维条码中，再打印条码到此用户的个人证件上。这样的证件具备了唯一、不易复制等特点，从而提高了证件的安全性能。对证件进行验证时，先用条码扫描设备读取条码中的特征数据，然后现场采集证件持有人的语音，进行比对，给出验证结果。
硬件的具体实现
本设计以32位Nios II软核处理器为系统的核心部分，负责执行指令和数据运算。各种IP都可以通过SOPC Builder连接到Avalon总线上，其中包含用户自定义的外设。用户外设的编写需要符合Avalon总线的规范。
系统硬件结构如图2所示，包括CPU、UART、LCD、三态桥、片外存储器控制，以及各种输入/输出控制，这些IP都可以直接复用。这样的系统设计方法不仅模块化，而且大大缩短了系统设计周期。FFT运算模块不仅可以直接使用IP，还可以用C2H加速工具来提高系统性能。在此次设计中，FFT、DCT以及数据量较大的循环运算都采用C2H完成了硬件加速，效果较为明显。
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