基于FPGA的图像采集模块设计

电路。该接口电路采用MAX232。图中，TX_OUTl_FPGA，RX_INl_FPGA，TX_OUT2_FPGA，RX_IN2_FPGA连接至FPGA的I/0引脚，FPGA的输出经MAX232的电平转换后，通过DB9的插座与PC机串口连接，实现FPGA与PC机通信，便于后续Nios II嵌入式软核调试。为了实现高速图像的采集与存储，保证在高速图像采集中图像的完整性，必须含有缓冲区。利用两片SRAM，其成本较低、容量大、操作简单，能够完成图像数据缓冲功能。SRAM选用IDT71V416，容量为256 Kxl6 bit，访问速度为10 ns，使用两片SRAM即可构成256 Kxl6 bitx2=8 Mbit的高速缓存，从而可实现图像数据的不间断传输。

　　为了在FPGA内部嵌入Nios II软核，采用Flash存储器存储Nios II软核的程序，作为存储程序和数据的Flash存储器，要求操作简单、容量大、接口简单。凶此，选用TC58FVBl6-OAFT型Flash存储器。 Flash的地址总线，数据总线和控制引脚与FPGA的控制引脚相连，通过FPGA内部，挂载到Nios II软核的Avalon总线，实现读写控制。Flash的内部主要由存储阵列和控制逻辑电路、控制寄存器组成，并能产生"忙信号"。

　　2．3 用EPCSl配置Cyclone系列FPGA

　　该系统设计采用Ahera公司的Cyclone系列 EPlC6Q240C8型的FPGA。选用EPCSl系列配置器件，在主动串行配置（Active Serial Programming）工作模式配置FPGA。EPCSl是1 Mbit的Ahera专用配置器件．其本质是一块专用Flash，用于保存FPGA的配置信息。Cyclone系列是基于SRAM的FPGA器件，可通过下载电缆在线配置该器件。掉电后。FPGA内部配置信息丢失。如果配合相应配置器件。FPGA在上电时，从配置器件读取配置内容，这样即可使用。

　　2．4 Nios U嵌入式软核处理器

　　Nios II是基于哈佛结构的RISC通用嵌入式处理器软核，能与用户逻辑相结合，编程至Ahera的FPGA中。使用Nios II处理器的优势是明显的，只要FPGA的资源允许，NiosII核在同一FPGA中被植入的数量无限制，此外Nios II可植入的Ahera FPGA的系列几乎没有限制，在这方面，Nios显然优于同类产品一Xilinx的MicroBlaze。另外，在开发工具的完备性方面、对常用的嵌入式操作系统支持方面，Nios II都优于MicroBlaze。就成本而言，Nios II的使用费仅仅是其占用的FPGA的逻辑资源费。因此，选用的FPGA越便宜，则Nios II的使用费就越低。在FPGA内部的Nios II创建完成后，需要对Nios II软核处理器进行编程。利用］Nios II IDE集成调试环境编写调试程序，最后，程序下载到FPGA内部。

　　2．5 使用嵌入式逻辑分析仪实时测试

　　为了验证该系统工作，使用SignalTap II实时测试。通过JTAG把图像数据读回PC机，实时监测图像采集卡所采集的图像数据。具体的图像数据的采集验证如图6所示。

　　由图6看到UV总线和Y总线输出的帧图像的各像素点的原始RGB值，在行有效时（HREF为高电平）为 41，37，ll（R1，G1，B1）；40，44，11（R2，G2，B2）等。

　　3 结语

　　设计是在深入研究传统的图像采集模块的基础上，针对传统的PCI图像采集卡的弊端，设计适用于便携式嵌入式系统的图像采集模块。该系统实现了图像原始数据采集及缓存，保证了图像数据的连续和完整性，具有体积小、功耗低、速度快、接口简单的优点。