基于FPGA和Cortex-M4的圖像采集系統(tǒng)設(shè)計.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。圖像采集作為整個圖像處理系統(tǒng)的基礎(chǔ)，其性能的優(yōu)劣對整個圖像處理系統(tǒng)的影響尤為重要，很多實時性強、處理速度快、存儲容量大的圖像處理系統(tǒng)，對圖像采集系統(tǒng)性能的要求十分嚴格，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，目前迫切需要對高性能圖像采集系統(tǒng)進行深入的研究。
　　針對當(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，通過控制以太網(wǎng)模塊和上位機連接，實現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的對外傳輸；同時Cortex-M4處理器負責(zé)整個系統(tǒng)的擴展，實現(xiàn)各種通信協(xié)議和小容量存儲等功能。
　　本系統(tǒng)主要包括OV

3、7670圖像傳感器模塊、SDRAM存儲器模塊、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存儲器作為系統(tǒng)的存儲單元，實現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的高速度、大容量存儲；選用應(yīng)用廣泛的 VGA標(biāo)準(zhǔn)作為顯示接口，增強系統(tǒng)的易用性和人機交互能力；由FPGA對各個功能模塊進行控制，可根據(jù)不同的要求進行重構(gòu)性設(shè)計，提高系統(tǒng)的擴展性；采用W5300以太網(wǎng)控制芯

4、片實現(xiàn)系統(tǒng)的以太網(wǎng)接口功能，由Cortex-M4處理器對以太網(wǎng)傳輸模塊進行控制，實現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的以太網(wǎng)傳輸。本文分別對系統(tǒng)的主控模塊和功能模塊進行設(shè)計，重點對FPGA內(nèi)部的各種控制器進行設(shè)計，由各個控制器分別控制對應(yīng)的功能模塊，實現(xiàn)相應(yīng)的功能。OV7670控制器通過SCCB協(xié)議對OV7670圖像傳感器的內(nèi)部寄存器進行配置，實現(xiàn)原始圖像數(shù)據(jù)的獲?。籗DRAM控制器通過產(chǎn)生SDRAM存儲器的讀寫時序，實現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的存儲；VGA控制器通過產(chǎn)生V

5、GA顯示時序，驅(qū)動VGA顯示器正常工作，并通過控制圖像數(shù)據(jù)的讀取，實現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的VGA顯示；FSMC接口控制模塊通過對FSMC總線進行解析，實現(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、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，存儲容量為64Mbits。本設(shè)計具有實時性強、處理速度快、擴展能力好等優(yōu)點，可適用于不同要求的