基于FPGA器件EP2C5F256C6芯片达成图像采集体系的操纵计算

2020-10-03 11:07  来自: 本站 作者:原创 浏览次数:

  实行负担•;而对待图像征求这种高速数据搜求的场合,这种策动就不能餍足供应•。因而这种宗旨极大糜掷了单片机或DSP的端口资源且活泼性差;若改用串口形态征采数据,则一方面进步了数据采集的快度,另一方面极大地耗费当作数据汇集的主控单元,全数控制逻辑由硬件告终•,疾度快、资本低、活络性强。为了促进缓冲功能,系统在FPGA外推广了256Mb的,不仅增大了缓冲区容量,并且极大地降低了读写频率,有效地减轻了上位机CPU的承当。在图像数据中,对比常见的是VGA、PCI—Express,而这些接口施行性差、本钱高。本系统接纳高速的

  系统框图如图1所示。FPGA职掌单元回收 A1tera公司Cyclone II系列的EP2C5F256C6,主要由4个节制组成——主控模块、CMOS传感器接口、RAM担任器以及EZ—USB接口承担器。传感器接口掌管完成 SCCB时序担任,RAM控制器用于实现RAM读写与改良掌握的时序,USB接口模块完结主控模块与EZ—USB之间的数据读写;而主控模块掌管对从EZ —USB局部采纳过来的上位机叮嘱实行通晓,理睬完打发后发生呼应的旗号担当各个对应模块,如CMOS传感器传输的图像格式、RAM的读写景象、突发长度等。

  图像传感器采取OV7620••,接口图如图2所示。该传感器机能强大,提供多种数据技俩的输出,自动消释白噪声,白均衡、色彩鼓和度、色调承担、窗口大小等均可经验内部的SCCB负责线属于CMOS彩色图像传感器。它救援连绵和隔行两种扫描花样,VGA与QVGA两种图像花腔;最高像素为664×492,帧疾率为30fps;数据技俩蕴涵YUV、YCrCb、RGB三种。0V7620撑持SCCB确立模式和自动加载默认创办模式,其遴选由SCCB掌握。本体系只供给援助SCCB模式•,于是在陈设的光阴将SBB接地。上电后FP—GA经验SCCB总线进行确立,编制也可承担上位机发过来交代,修设其任务模式。SCCB总线C总线时序,SIO一O相配于SDA,SIO一1相称于SCL。OV7620任务于从模式••,在写存放器的流程中先发送OV7620的ID地址,尔后发送写数据的目标存放器住址,末了发送要写入的数据。

  OV7620机能存放器的场所为0x00~0x7C,资历作战反响的寄存器,可能使它责任于差别的模式。例如,作战OV7620为绵延扫描、RGB原始数据16位输出形势•,供应设备寄存器0x12•、Oxl3、Ox20、Ox28判别为OX2D、0x01、Ox02、0x20。其它,图像输出的合键标题是帧同步,VO7620传感器中VSYNc、HSYNC、href、PCLK鉴识出现垂直同步••、水平同步、参考旌旗和像素输出同步,不妨经过它们之间的般配操纵,定位出每帧输出图像的起始位和了结位•。

  RFC后投入模式创造景遇。在模式修立状态中,供给对RAS拖延、突发长度等进行确立,迟误tMRD后参加空地景况,期待主控单元的读写派遣。在空地处境中,每隔64 ms需要对RAM中全数行改善•。在本睡觉中准时改观模块安放成一个计数器,计数脉冲选自控制器本身的时钟。由于RAM要求两次革新的最大期间远离不越过 64 ms,假若体系的时钟频率为1O0MHz,则时钟周期约为0.01μs,况且要在64 ms内要达成所有8 192行的改观,于是最大计数应当为781次(64 ms/8192/0.01μs)。系统接受700次的计数脉冲产生改革哀告。

  RAM掌管器的读写位置与读写掌握旗帜均由主控单元产生,主控单元布局框图如图4所示。PLL用于爆发RAM担负器僻静冲区的时钟(编制睡觉为100 MHz);CMD差遣知讲模块告竣对上位机发送过来的吩咐通晓并发生相应的掌握暗记,如CMOS传感器承当、RAM突发长度掌管等。为了普及读写RAM的频率,编制调节了一个8×16位的F

  IFO。当8个像素的数据存入FIFO后,FIFO向RAM担任器发送写苦求(W_req);与此同时,写地址发作器爆发写地点,由RAM担任器发作写数据的时序。读写位置发作器是一个递增的计数器,每次的读写位置是上次的地址加BL(突发长度)•。由于PCLK的最高频率可达9.2 MHz(640×480×30),而RAM的时钟频率是100 MHz,每次写入一个像素的数据供应5个时钟周期(讨论RAS耽误),这样写安排糜费绝对时钟周期的50%;进入FIF0后,读写的突发长度均是8,可抬高糟塌的时钟周期至10%旁边。

  Cypress公司的EZ—USB FX2系列芯片,引脚陆续图如图5所示。该系列芯片集成了USB2.O收发器•、串行接口引擎(SIE)、带8.5 KB片上RAM的加紧型8501、16 KB的RAM、4 KB的FIFO保留器、I/O口、数据总线、住址总线和通用可编程接口(GPIF);共有3种接口模式——端口模式•、附属FIFO接口模式和GPIF接口模式。在端口模式下,通通I/O引脚都可当作805l的通用I/O口,当作最基础的数据传输模式,其数据传输苛重由固件步伐完结,需要CPU的加入,以是数据传输速率对比低。在从属FIFO接口模式下,外部逻辑或外部处理器或许直接与FX2端点FIFO毗邻•。GPIF接口模式行使PORTB和PORTD构成通向4个FX2端点FIF0(EP2、EP4、EP6和EP8)的16位数据接口。GPIF看成内中的主负责器与FIFO直接毗邻,并发作用户可编程的担任旗帜与外部接口实行通信。后两种模式数据的传输体验执行USB自身的协议来完结,微处置器不插手数据传输,从而使数据的传输快率大大地降低。

  本谋划给与从FIFO表面,由FPGA供给读写时钟,EZ—USB的CPU不参与数据传输。其中端点FIFO相称于FPGA的外部RAM,数据的读写判别由读写掌握器达成。假若数据从EZ_USB读入到FPGA中,开头要检测CON担负线的情形•,若少有据要读,分派FIFOADR=00,使FIFO指针指向输出端点,使能SLOE使之数据输出,尔后采样数据线上的数据,读得的数据送入嘱托解析模块解析;假设是数据从FPGA写入到EZ_USB中,则树立 FIFOADR使之指向输入端点,拉低SLWR,将内中数据总线接到外部数据总线上,云云就告终了一次数据的写入•。

  KeilC51处境中举行编译;编译履历后•,将固件代码下载到单片机中。这局部主要实现相合存放器的兴办和波形文件的编写。

  通过以上摆设很好地解决了高疾数据在采样、传输流程中的瓶颈,并以很短的时延真实告终了高速图像数据的搜罗。由于其低资本、易安置的特色,据有壮阔的阛阓前景••,也许利用于电话会议、远程调整和远程教学等需要高清图像传输的界限•。本调整的改进点在于,它恰当了分歧的图像数据的利用需求•,告终了多种快率的读写模式,可因而实时的突发长度读写和高速的全页读写。

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