視頻采集中DMA控制的流橫式接口設(shè)計(jì)

摘要 研究一種基于片上可編程系統(tǒng)(SoPC)技術(shù)的視頻數(shù)據(jù)傳輸方案。該方案自定制了一個四口SDRAM控制器，并將其中的兩口設(shè)計(jì)成符合流模式傳輸規(guī)范的接口，作為一個SoPC外設(shè)掛在AValon總線上，方便重復(fù)使用。另外，采用DMA控制以流傳輸模式進(jìn)行數(shù)據(jù)搬運(yùn)，不僅可解放CPU，而且速度快、控制靈活，解決了視頻處理中數(shù)據(jù)路徑的優(yōu)化問題。
關(guān)鍵詞 SoPC 流模式 SDRAM控制器 幀緩沖 DMA控制

引 言
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、多媒體技術(shù)以及通信技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字視頻技術(shù)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。在數(shù)字視頻技術(shù)的研究中，視頻數(shù)據(jù)傳輸是一個技術(shù)關(guān)鍵。本文針對視頻數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)量大、實(shí)時性要求高的特點(diǎn)，采用流模式傳輸，將視頻采集數(shù)據(jù)通過DMA從存儲資源緊張的片內(nèi)緩存區(qū)搬運(yùn)至片外SDRAM幀緩沖區(qū)，實(shí)現(xiàn)圖像的高速傳輸。
利用SoPC(System on Programmable Chip)片上可編程系統(tǒng)技術(shù)，將處理器、多口SDRAM控制器、DMAC、I2C接口等模塊集成到一塊FPGA上，實(shí)現(xiàn)視頻圖像的采集、存儲、傳輸和顯示。采用自定制組件的辦法，將多口sDRAM控制器封裝成符合流模式規(guī)范的一個外設(shè)掛在Avalon總線上，非常方便DMAC進(jìn)行數(shù)據(jù)的搬運(yùn)，并大大提高了系統(tǒng)的性能。

1 流模式傳輸規(guī)范
流模式傳輸是Altera Nios II嵌入式系統(tǒng)中的一種高級Avalon總線傳輸方式。這種傳輸模式在流模式主外設(shè)和流模式從外設(shè)之間建立一個開放的信道，以提供連續(xù)的數(shù)據(jù)傳輸。這個信道使得只要存在有效數(shù)據(jù)就能進(jìn)行數(shù)據(jù)的流動，主設(shè)備不需要不斷地對從外設(shè)的狀態(tài)寄存器進(jìn)行訪問。這樣使得主從端口之間的數(shù)據(jù)吞吐量達(dá)到最大，同時也避免了從外設(shè)的數(shù)據(jù)上溢或下溢。流傳輸模式最適合DMA傳輸。一個只包含流控制信號和一個計(jì)數(shù)器的*基金項(xiàng)目：深圳市科技計(jì)劃資助項(xiàng)目(200708)。DMA控制器就可以用來在一個從外設(shè)和一個存儲器之間連續(xù)地傳輸數(shù)據(jù)。

本設(shè)計(jì)采用流傳輸模式的從端口讀傳輸和從端口寫傳輸?shù)姆椒?。從端口讀傳輸中，除了要設(shè)計(jì)接收主端口發(fā)出的clk信號、address信號、read信號、chipselect信號和readdata信號之外，從外設(shè)還需要設(shè)置dataavailable信號有效來表示它能夠接收讀傳輸。從端口讀傳輸接口信號及其時序如圖1所示，由從外設(shè)發(fā)出的dataavailable有效時啟動流模式讀傳輸，數(shù)據(jù)通過DMA的搬運(yùn)，開始連續(xù)不斷地由從外設(shè)流向主端口直至傳輸完成，傳輸?shù)耐Ｖ够蛑袛嘁灿蓮耐庠O(shè)來決定。同樣的道理，在寫傳輸中，要設(shè)計(jì)接收主端口發(fā)出的clk信號、address信號、write信號等基本從端口寫傳輸信號之外，從外設(shè)則需要設(shè)置ready-fordata信號有效來表示它能夠接收寫傳輸，圖2為從端口寫傳輸接口信號及其時序。此外，讀傳輸和寫傳輸中的endofpacket信號取決于用戶設(shè)計(jì)。