基于Spartan-3 FPGA的視頻采集系統(tǒng)設(shè)計

1.3 視頻采集模塊

TVP5150是TI公司推出的一款超低功耗的高性能混合信號視頻解碼芯片，可自動識別NTSC／PAL／SECAM制式的模擬信號，并將其按照YCbCr4：2：2的格式轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，然后以8位內(nèi)嵌同步信號的ITU-RBT.656格式輸出。TVP5150具有價格低、體積小、操作簡便等特點。FPGA對TVP5150芯片的操作是通過I2C總線實現(xiàn)的，數(shù)據(jù)傳輸連接方式采用最簡單的ITU-RBT.656方式。

1.4 USB接口模塊

USB接口模塊選用PHILIPS公司的高性能USB接口芯片PDIUSBD12。該芯片完全符合USB1.1規(guī)范，可支持DMA傳輸，并可通過高速8位并行接口和FPGA進(jìn)行通信，其最高并行接口速率可達(dá)到2 MB／s。

1.5 以太網(wǎng)接口模塊

該模塊采用Realtek公司生產(chǎn)的高度集成的以太網(wǎng)控制器RTL8019AS。RTL8019AS支持IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)和8位或16位數(shù)據(jù)總線。其內(nèi)置16KB的SRAM可用于收發(fā)緩沖。在全雙工模式時，其收發(fā)可同時達(dá)到10Mbps。RTL8019AS可支持10Base5、10Base2、10BaseT，并能自動檢測所連接的介質(zhì)。本設(shè)計采用RTL8019AS跳線接口模式，并通過16位數(shù)據(jù)總線連接FPGA。

2 片級硬件系統(tǒng)設(shè)計

在Spartan-3上構(gòu)建嵌入式系統(tǒng)的基礎(chǔ)是MicroBlaze IP核。這是一種用硬件描述語言在FPGA內(nèi)部實現(xiàn)的32位微處理器，采用RISC指令集和Ha rvard體系結(jié)構(gòu)。可根據(jù)不同的外設(shè)和存儲器配置進(jìn)行定制，并可以針對應(yīng)用來調(diào)整處理器系統(tǒng)架構(gòu)。在Spartan-3系列芯片上進(jìn)行該配置大約占用500 Slices。該IP核具有32個32位通用寄存器和2個專用寄存器。其32位寬的指令系統(tǒng)能支持3個操作數(shù)和兩種尋址方式，而其獨立的32位指令和數(shù)據(jù)總線則可與IBM的OPB總線完全兼容。通過模塊中的LMB總線，其32位指令和數(shù)據(jù)可直接與片內(nèi)的塊存儲器相連。此外，該IP核還具有高速的指令和數(shù)據(jù)緩存(Cache)、三級流水線結(jié)構(gòu)、32位地址總線、硬件調(diào)試邏輯、8個輸入和8個輸出的快速鏈路(FSL)接口等。MicroBlaze軟處理器的內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。

在FPGA上設(shè)計嵌入式系統(tǒng)時，可在最低層硬件資源上開發(fā)片內(nèi)外設(shè)IP核，或利用已開發(fā)的IP核搭建嵌入式系統(tǒng)的硬件部分，然后開發(fā)IP核的設(shè)備驅(qū)動、應(yīng)用接口(API)和應(yīng)用層(算法)。通過標(biāo)準(zhǔn)總線接口將局部存儲器總線(LMB)和片內(nèi)外設(shè)總線(OPB)連接到片內(nèi)外設(shè)IP核，MicroBlaze處理器就可以和各種外設(shè)IP核及片內(nèi)BlockRAM相連。該開發(fā)工具提供的IP核均有相應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動和應(yīng)用接口，使用者只需利用相應(yīng)的函數(shù)庫來編寫自己的應(yīng)用軟件和算法程序即可。對于用戶自己開發(fā)的IP核，則需要自己編寫相應(yīng)的驅(qū)動和接口函數(shù)。利用MicroBlaze處理器構(gòu)建的基本嵌入式系統(tǒng)如圖3所示。