LEON3開(kāi)源軟核處理器動(dòng)態(tài)圖像邊緣檢測(cè)SoC設(shè)計(jì)

　　邊緣檢測(cè)是圖像處理和計(jì)算機(jī)視覺(jué)中的基本問(wèn)題，邊緣檢測(cè)的目的是標(biāo)識(shí)數(shù)字圖像中亮度變化明顯的點(diǎn)。邊緣檢測(cè)是圖像處理和計(jì)算機(jī)視覺(jué)中，尤其是特征提取中的一個(gè)研究領(lǐng)域。

　　本文采用局部熵邊緣檢測(cè)算法，將圖像采集，邊緣檢測(cè)和圖像顯示三個(gè)部分封裝設(shè)計(jì)為IP(Intellectual Property)核，通過(guò)AMBA APB總線嵌入到LEON3的經(jīng)典SoC架構(gòu)中。實(shí)現(xiàn)了多路數(shù)據(jù)并行處理和DSP模塊加速處理，配合CPU軟核的協(xié)調(diào)參數(shù)配置功能，可以充分發(fā)揮硬件設(shè)計(jì)的高速性和靈活性。此外，由于動(dòng)態(tài)圖像邊緣檢測(cè)是圖像處理應(yīng)用中必不可少的一部分，因此文中設(shè)計(jì)的動(dòng)態(tài)圖像邊緣檢測(cè)SoC可以方便的移植到其他圖像處理應(yīng)用中，具有廣泛的應(yīng)用前景。

　　1 SoC和LEON3開(kāi)源軟核處理器

　　SoC是系統(tǒng)級(jí)芯片的簡(jiǎn)稱(chēng)，系統(tǒng)不僅包含了處理器內(nèi)核、存儲(chǔ)器等硬件系統(tǒng)，同時(shí)還含有相應(yīng)的嵌入式軟件，是一個(gè)真正的軟、硬件均具備的完整體系。利用SoC設(shè)計(jì)方法，可以將一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)集成到單一芯片中，并具有低功耗，低成本及高速性的特點(diǎn)。與利用ASIC實(shí)現(xiàn)的SoC相比，利用FPGA實(shí)現(xiàn)的SoC具有可配置性的特點(diǎn)，因此具有更好的可擴(kuò)展性和可移植性。

　　LEON3開(kāi)源軟核處理器是Gaisler Research公司提出的一款32位、符合SPARC V8結(jié)構(gòu)的開(kāi)源軟核處理器。它具有高性能，低復(fù)雜性和低功耗的優(yōu)點(diǎn)。另外，所有屬于GRLIB的IP核及LEON3處理器的源代碼在GNU GPL(GNU General Public License，GNU通用公共許可證)授權(quán)協(xié)議下，可以免費(fèi)地應(yīng)用于研究和教學(xué)目的，因此，LEON3開(kāi)源軟核處理器特別適合于SoC的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。

　　2 SoC系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

　　通過(guò)分析系統(tǒng)的功能與要求，結(jié)合LEON3自身架構(gòu)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)基于APB總線的動(dòng)態(tài)圖像邊緣檢測(cè)Soc系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。自定義IP核為本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。在LEON3的SoC架構(gòu)中，APB外圍低速總線為一些低速模塊提供了接口。若想要在APB總線實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)圖像的實(shí)時(shí)采集、處理和顯示，就要想辦法使采集到的數(shù)據(jù)不參與到總線傳輸中去。

　　圖1基于APB總線的SoC架構(gòu)實(shí)現(xiàn)框圖

　　在本設(shè)計(jì)中，通過(guò)采用片上存儲(chǔ)資源做FIFO的辦法，使得攝像頭采集到的數(shù)據(jù)得以緩存，最終在顯示器上顯示。在數(shù)據(jù)輸出顯示之前，可以選擇是否經(jīng)過(guò)圖像邊緣檢測(cè)算法模塊處理。若經(jīng)過(guò)模塊，則顯示圖像經(jīng)過(guò)邊緣檢測(cè)后的結(jié)果;若不經(jīng)過(guò)，則顯示原始圖像。

　　通過(guò)這種方法，避免大量圖像數(shù)據(jù)參與AHB與APB總線之間的數(shù)據(jù)傳輸，以減少不必要的中間過(guò)程，提高數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性。這樣就避免了APB總線低速、低帶寬與動(dòng)態(tài)圖像邊緣檢測(cè)系統(tǒng)高速、高帶寬的矛盾。使得整個(gè)圖像的數(shù)據(jù)流都在白定義IP核內(nèi)部得到處理，這樣既滿(mǎn)足了APB總線的約束也實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的功能需求。