基于FPGA和Cortex-M4的圖像采集系統(tǒng)設(shè)計(jì).pdf

1、隨著電子技術(shù)和多媒體技術(shù)的高速發(fā)展，微型化和專業(yè)化的圖像通信產(chǎn)品被廣泛需求，尤其在消費(fèi)電子、網(wǎng)絡(luò)通信、視頻監(jiān)控、工業(yè)控制等領(lǐng)域。圖像采集作為整個(gè)圖像處理系統(tǒng)的基礎(chǔ)，其性能的優(yōu)劣對(duì)整個(gè)圖像處理系統(tǒng)的影響尤為重要，很多實(shí)時(shí)性強(qiáng)、處理速度快、存儲(chǔ)容量大的圖像處理系統(tǒng)，對(duì)圖像采集系統(tǒng)性能的要求十分嚴(yán)格，甚至要求圖像采集系統(tǒng)具有一定的圖像預(yù)處理能力。因此，目前迫切需要對(duì)高性能圖像采集系統(tǒng)進(jìn)行深入的研究。
　　針對(duì)當(dāng)前圖像采集系統(tǒng)的發(fā)展需求，

2、本文提出一種基于 FPGA和 Cortex-M4的圖像采集系統(tǒng)。由FPGA作為圖像采集系統(tǒng)的主控芯片，通過(guò)在FPGA內(nèi)部構(gòu)建OV7670控制器、SDRAM控制器和VGA控制器，分別完成圖像數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)和顯示；由Cortex-M4處理器作為圖像采集系統(tǒng)的輔助處理芯片，通過(guò)控制以太網(wǎng)模塊和上位機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的對(duì)外傳輸；同時(shí)Cortex-M4處理器負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)各種通信協(xié)議和小容量存儲(chǔ)等功能。
　　本系統(tǒng)主要包括OV

3、7670圖像傳感器模塊、SDRAM存儲(chǔ)器模塊、VGA顯示模塊、以太網(wǎng)傳輸模塊以及由FPGA和Cortex-M4組成的主控模塊。使用OV7670圖像傳感器獲取圖像數(shù)據(jù)，提高系統(tǒng)的集成度；采用SDRAM存儲(chǔ)器作為系統(tǒng)的存儲(chǔ)單元，實(shí)現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的高速度、大容量存儲(chǔ)；選用應(yīng)用廣泛的 VGA標(biāo)準(zhǔn)作為顯示接口，增強(qiáng)系統(tǒng)的易用性和人機(jī)交互能力；由FPGA對(duì)各個(gè)功能模塊進(jìn)行控制，可根據(jù)不同的要求進(jìn)行重構(gòu)性設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)的擴(kuò)展性；采用W5300以太網(wǎng)控制芯

4、片實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的以太網(wǎng)接口功能，由Cortex-M4處理器對(duì)以太網(wǎng)傳輸模塊進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的以太網(wǎng)傳輸。本文分別對(duì)系統(tǒng)的主控模塊和功能模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，重點(diǎn)對(duì)FPGA內(nèi)部的各種控制器進(jìn)行設(shè)計(jì)，由各個(gè)控制器分別控制對(duì)應(yīng)的功能模塊，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。OV7670控制器通過(guò)SCCB協(xié)議對(duì)OV7670圖像傳感器的內(nèi)部寄存器進(jìn)行配置，實(shí)現(xiàn)原始圖像數(shù)據(jù)的獲??；SDRAM控制器通過(guò)產(chǎn)生SDRAM存儲(chǔ)器的讀寫(xiě)時(shí)序，實(shí)現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)；VGA控制器通過(guò)產(chǎn)生V

5、GA顯示時(shí)序，驅(qū)動(dòng)VGA顯示器正常工作，并通過(guò)控制圖像數(shù)據(jù)的讀取，實(shí)現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的VGA顯示；FSMC接口控制模塊通過(guò)對(duì)FSMC總線進(jìn)行解析，實(shí)現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)在FPGA和Cortex-M4處理器之間的傳輸。
　　本系統(tǒng)集圖像數(shù)據(jù)的獲取、采集、存儲(chǔ)、處理、顯示和傳輸于一體，圖像數(shù)據(jù)的顯示分辨率為640×480×60Hz，最高采集速度為30fps，存儲(chǔ)容量為64Mbits。本設(shè)計(jì)具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、處理速度快、擴(kuò)展能力好等優(yōu)點(diǎn)，可適用于不同要求的