基于FPGA和USB 2．0的數(shù)字圖像采集系統(tǒng)設(shè)計

將要初始化的寄存器地址以及所要設(shè)置的值直接存放于parameter定義的參數(shù)中；在上電時，通過I2C程序?qū)⑦@些寫到OV7620當中，實現(xiàn)圖像傳感器的初始化工作。

3 CY7C68013A芯片SLAVE FIFO模式固件編寫
由于系統(tǒng)用于圖像的采集，具有數(shù)據(jù)量大，實時性要求高的特點，因此采用USB 2．0接口，以便能滿足實時，高速的數(shù)據(jù)傳輸。為了達到最快的傳輸速率，使用SLAVE FIFO模式，在該模式下，USB芯片的數(shù)據(jù)傳輸不需要8051的參與，便于大量連續(xù)的數(shù)據(jù)傳輸，在這種模式下需要有一個外部的控制時序，而FPGA恰能提供相關(guān)的時序，同時為了能夠與圖像數(shù)據(jù)同步，采用外部輸入時鐘，同步傳輸方式，采用8位數(shù)據(jù)傳輸。在該應(yīng)用中，寄存器EP2CFG配置了端點2作為IN端點傳輸FPGA來的數(shù)據(jù)至上位機，寄存器EP2FIFOCFG使能自動傳輸；寄存器EP6CFG配置端點6為OUT端點，寄存器EP6FIFOCFG使能自動傳輸；并在寄存器FIFOPINPOLAR中設(shè)置了端點的滿標志為高電平有效，這是由于在剛上電下載完FPGA程序后，F(xiàn)PGA即對圖像進行采集并存儲至SRAM當中，而上電時FPGA的引腳默認為高電平，如果沒有設(shè)置高電平為EP2的滿有效，則在下載USB固件之前FPGA會誤認為是USB的端點一直處于非滿狀態(tài)而一直傳送數(shù)據(jù)，這樣，在下載完USB固件后，主機端所得到的圖像就不能保證它是從一幀圖像的第一個數(shù)據(jù)開始傳輸而是與下一幀的圖像有一定的錯位。在設(shè)置EZ-USB FX2LP為SLAVE FIFO模式的過程大致是：配置IFCONFIG[1：0]=11，先把SLAVE FIFO模式；復(fù)位相應(yīng)端點，即使用FIFOREST寄存器；配置所要用的端點大小，類型，以及傳輸方向，使用EPxCFG，式中x代表2，4，6，8；設(shè)置各端點的空標志，滿標志和可編程標志值，使用PINFLAGAB和PINFLAGCD寄存器；配置是否使能自動傳輸以及傳輸?shù)奈粚?，使用EPxFIFOCFG，式中x代表2，4，6，8；本應(yīng)用中的USB固件程序的部分代碼如下：


4 FPGA對圖像數(shù)據(jù)的采集、存儲及對USB的傳輸控制
4．1 FPGA對圖像的采集控制
FPGA對圖像的采集控制是通過OV7620的VSYNC，HREF，PCLK三個源同步時序信號來對圖像進行采集。首先是在1個狀態(tài)機中檢測VSYNC信號，當VSYNC的高電平來臨時，初始化所有的內(nèi)部寄存器，包括SRAM的地址寄存器，SRAM的寫控制信號，數(shù)據(jù)總線讀寫方向的選擇信號，USB的寫使能信號，內(nèi)部計數(shù)寄存器等；等VSYNC來臨之后，表示新的一幀開始了，接下來等待圖像的行信號使能來臨，當HREF到來之后，就可以將圖像的數(shù)據(jù)寫進SRAM當中了，這個寫過程需要兩個CLK，在第一個時鐘周期中更改SRAM的寫地址，第2個CLK周期將連接在數(shù)據(jù)總線上的圖像數(shù)據(jù)寫進SRAM中，同時對內(nèi)部的圖像計數(shù)器進行計數(shù)，這個過程中要在HREF為高電平的時候進行存儲；當計數(shù)達到一幀，也就是153 600 B的時候結(jié)束采集的過程，并更改相應(yīng)的控制信號，準備USB的操作信號，進行FPGA對USB芯片的控制，將SRAM當中的一幅完整的圖像能過USB傳至USB當中，整個采集與傳送的狀態(tài)流程如圖5所示。

4．2 FPGA對USB芯片的控制
在FPGA完成了一幅圖像的采集并將圖像的數(shù)據(jù)存儲在片外的SRAM當中以后，接下來要做的事情就是將所存儲的圖像傳給USB芯片，這個過程當中，F(xiàn)PGA要控制SRAM的寫信號，同時使能數(shù)據(jù)總線的方向為輸出方向。FPGA對USB的寫首先是花費一個CLK的時間從SRAM當中取出一個數(shù)據(jù)，之后在第2個CLK時間內(nèi)判斷它的端點滿標志，如果USB端點已經(jīng)滿了，則等待，如果非滿，則拉低寫信號使能信號同時地址計數(shù)器加1，返回上一個取數(shù)據(jù)的狀態(tài)繼續(xù)取下一個數(shù)據(jù)，直到傳完一幅圖片，之后返回初始的狀態(tài)重新等新的一幀開始信號的到來。