視頻采集中DMA控制的流橫式接口設計

摘要 研究一種基于片上可編程系統(SoPC)技術(shù)的視頻數據傳輸方案。該方案自定制了一個(gè)四口SDRAM控制器，并將其中的兩口設計成符合流模式傳輸規范的接口，作為一個(gè)SoPC外設掛在A(yíng)Valon總線(xiàn)上，方便重復使用。另外，采用DMA控制以流傳輸模式進(jìn)行數據搬運，不僅可解放CPU，而且速度快、控制靈活，解決了視頻處理中數據路徑的優(yōu)化問(wèn)題。
關(guān)鍵詞 SoPC 流模式 SDRAM控制器 幀緩沖 DMA控制

引 言
隨著(zhù)計算機技術(shù)、多媒體技術(shù)以及通信技術(shù)的發(fā)展，數字視頻技術(shù)得到了越來(lái)越廣泛的應用。在數字視頻技術(shù)的研究中，視頻數據傳輸是一個(gè)技術(shù)關(guān)鍵。本文針對視頻數據流數據量大、實(shí)時(shí)性要求高的特點(diǎn)，采用流模式傳輸，將視頻采集數據通過(guò)DMA從存儲資源緊張的片內緩存區搬運至片外SDRAM幀緩沖區，實(shí)現圖像的高速傳輸。
利用SoPC(System on Programmable Chip)片上可編程系統技術(shù)，將處理器、多口SDRAM控制器、DMAC、I2C接口等模塊集成到一塊FPGA上，實(shí)現視頻圖像的采集、存儲、傳輸和顯示。采用自定制組件的辦法，將多口sDRAM控制器封裝成符合流模式規范的一個(gè)外設掛在A(yíng)valon總線(xiàn)上，非常方便DMAC進(jìn)行數據的搬運，并大大提高了系統的性能。

1 流模式傳輸規范
流模式傳輸是Altera Nios II嵌入式系統中的一種高級Avalon總線(xiàn)傳輸方式。這種傳輸模式在流模式主外設和流模式從外設之間建立一個(gè)開(kāi)放的信道，以提供連續的數據傳輸。這個(gè)信道使得只要存在有效數據就能進(jìn)行數據的流動(dòng)，主設備不需要不斷地對從外設的狀態(tài)寄存器進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。這樣使得主從端口之間的數據吞吐量達到最大，同時(shí)也避免了從外設的數據上溢或下溢。流傳輸模式最適合DMA傳輸。一個(gè)只包含流控制信號和一個(gè)計數器的*基金項目：深圳市科技計劃資助項目(200708)。DMA控制器就可以用來(lái)在一個(gè)從外設和一個(gè)存儲器之間連續地傳輸數據。

本設計采用流傳輸模式的從端口讀傳輸和從端口寫(xiě)傳輸的方法。從端口讀傳輸中，除了要設計接收主端口發(fā)出的clk信號、address信號、read信號、chipselect信號和readdata信號之外，從外設還需要設置dataavailable信號有效來(lái)表示它能夠接收讀傳輸。從端口讀傳輸接口信號及其時(shí)序如圖1所示，由從外設發(fā)出的dataavailable有效時(shí)啟動(dòng)流模式讀傳輸，數據通過(guò)DMA的搬運，開(kāi)始連續不斷地由從外設流向主端口直至傳輸完成，傳輸的停止或中斷也由從外設來(lái)決定。同樣的道理，在寫(xiě)傳輸中，要設計接收主端口發(fā)出的clk信號、address信號、write信號等基本從端口寫(xiě)傳輸信號之外，從外設則需要設置ready-fordata信號有效來(lái)表示它能夠接收寫(xiě)傳輸，圖2為從端口寫(xiě)傳輸接口信號及其時(shí)序。此外，讀傳輸和寫(xiě)傳輸中的endofpacket信號取決于用戶(hù)設計。