基于FPGA和TMS320DM642的CCD圖像采集和處理系統(tǒng)硬

所有這些功能均在I2C總線控制下完成。SCL作為I2C接口的時鐘線與TMS320DM642的SCL相連，SDA作為I2C接口的數(shù)據(jù)地址線與TMS320DM642的SDA相連。通過SCL和SDA的時序配合，可由TMS320DM642向SAA7115的寄存器寫入數(shù)據(jù)或讀出數(shù)據(jù)。

2.2 TMS320DM642圖像處理模塊

本系統(tǒng)中視頻口VP0作為輸入，與視頻解碼器SAA7115的IPD相連。從解碼器SAA7115出來的BT.656數(shù)據(jù)流進入VP0口后，經由BT.656捕獲通道，進入到視頻口緩沖區(qū)中，每個視頻口都有1個5 120 B的視頻輸入/輸出緩沖區(qū)，視頻口輸人的數(shù)據(jù)分別進入捕獲FIFO A和FIFO B，其中Y緩存2 560 B，Cb和Cr緩存分別為1 280 B。根據(jù)輸出的同步脈沖產生幀存儲器的地址信號、讀寫和片選等控制信號，將圖像逐幀存入SDRAM存儲器中，通過中斷通知TMS320DM642讀取。TMS320DM642通過EDMA事件實現(xiàn)視頻口緩沖區(qū)和片內L2存儲器之間的數(shù)據(jù)傳遞。用戶編程設定1個緩沖區(qū)閾值用以產生EDMA事件。BT.656格式的數(shù)據(jù)流經由捕獲通道分別進入各自的緩沖區(qū)，并打包成64 B的雙字。當雙字增至緩沖區(qū)閾值時觸發(fā)EDMA事件，存儲器映射寄存器即作為EDMA數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑吹刂?。為保證每一場的數(shù)據(jù)能夠全部傳完且沒有遺漏，每次EDMA傳輸?shù)臄?shù)據(jù)大小應等于閾值。由于TMS320DM642的強大處理能力，用戶算法作為任務線程嵌入TMS320DM642軟件系統(tǒng)中。

2.3 外圍存儲模塊

本系統(tǒng)的TMS320DM642在視頻圖像的處理時，處理過程中會產生大量數(shù)據(jù)，而其內部最多僅有256 KB的RAM，所以需要擴展大容量的外部存儲器才能滿足數(shù)據(jù)處理的需要。本系統(tǒng)選用2片SDRAM用于存儲程序、數(shù)據(jù)和緩存數(shù)字視頻信息，選用1片F(xiàn)LASH存儲器用于固化程序和一些掉電后仍需保存的用戶數(shù)據(jù)。SDRAM芯片和FLASH芯片均通過TMS320DM642的EMIF口實現(xiàn)無縫連接[3]。TMS320DM642的EMIF有4個獨立的可設定地址的區(qū)域，稱為芯片使能空間（CE0～CE3），當FLASH和FPGA映射到CE1時，SDRAM占據(jù)CE0，CE3的一部分被配置給OSD功能的同步操作和擴展的FPGA中的其他同步寄存器操作。本系統(tǒng)合并形成了一個64 bit長的外部存儲器端口，將地址空間分割成了4個芯片使能區(qū)，允許對地址空間進行8 bit、16 bit、32 bit和64 bit的同步或不同步的存取，并且使用了芯片使能區(qū)CE0、CE1和CE3。CE0被發(fā)送給64 bit的SDRAM總線，CE1被8 bit的FLASH和FPGA功能使用，CE3被設置成同步功能。

2.3.1 SDRAM存儲器

本系統(tǒng)采用MT48LC4M32B2[4]來構成SDRAM存儲器，大小為1 M×32 bit×4 banks， 在CE0空間連接了64 bit的SDRAM總線。總線由外部PLL驅動設備控制，在133MHz的最佳運行狀態(tài)下運行，SDRAM的刷新由TMS320DM642自動控制。TMS320DM642的EMIF與SDRAM接口圖如圖4所示。


2.3.2 FLASH存儲器

本系統(tǒng)擴展4 M的FLASH，映射在CE1空間的低位。FLASH寄存器選用4 M×8 bit的AM29LV033C。FLASH寄存器主要用來導入裝載和存儲FPGA的配置信息。CE1空間被配置成8 bit，F(xiàn)LASH寄存器也是8bit。由于CE1的可利用地址空間小于FLASH的空間，所以利用FPGA可產生3個擴展頁。這些擴展的線形地址通過FPGA的FLASH基礎寄存器進行定義，復位后的默認值是000。TMS320DM642的EMIF和FLASH的接口圖如圖5所示。


2.4 OSD FPGA模塊

FPGA負責完成所有芯片的接口和控制，其中包括SAA7115與I2C總線的接口、復位控制信號以及與TMS320DM642的EMIF接口和外設接口等，其體系結構圖如圖6所示。本系統(tǒng)的OSD FPGA功能模塊的芯片型號為Xilinx XC2S300E-6PQ208C[5]，主要用來完成以下工作：