一種遙控式可存儲的圖像采集系統的設計與實(shí)現
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目前存儲數據的方式有很多種，如硬盤(pán)、FLASH、光盤(pán)等，其中容易攜帶且使用方便的應是移動(dòng)硬盤(pán)、優(yōu)盤(pán)、SD卡，這幾種方式都可以通過(guò)USB口來(lái)傳輸數據(SD卡或CF等可借助相應的讀卡器再通過(guò)USB口傳輸數據)，可見(jiàn)USB總線(xiàn)的應用已經(jīng)很普遍，USB總線(xiàn)的即插即用、速度快、可以自供電等優(yōu)點(diǎn)也的確是其他設備所不能比的。所以系統的存儲部分設計成USB設備，USB設備分為USB主(Host)設備和USB從(Device)設備，USB從設備只能被動(dòng)地由主設備寫(xiě)入或讀出數據，不符合本系統的要求。所以選擇了USBHost設備，只要將優(yōu)盤(pán)等USB從設備插到系統的USB口上，就可以將當前要存儲的圖片存儲到U盤(pán)等存儲設備中。
USB Host設備的典型例子是PC機，這種Host功能是在操作系統下完成的，所以現在市面上可以移植操作系統的微控制器芯片大多都集成了USB Host功能，像三星和飛利浦的ARM芯片、君正公司開(kāi)發(fā)的MIPS核芯片JZ4740等。這種采用帶操作系統的方案對有一定經(jīng)驗的開(kāi)發(fā)人員來(lái)說(shuō)開(kāi)發(fā)起來(lái)比較容易，但對生手來(lái)說(shuō)需要一定的熟悉過(guò)程。只為了實(shí)現USB Host功能就選擇用操作系統的方式完成整個(gè)系統的控制是沒(méi)有必要的，這樣做不僅浪費資源，而且會(huì )增加底層驅動(dòng)的開(kāi)發(fā)時(shí)間。所以本設計選擇了比較簡(jiǎn)單的方式，只用一片單片機和一個(gè)USB接口芯片來(lái)完成USB Host功能。這樣只要會(huì )用單片機的開(kāi)發(fā)人員都可以做USBHost設備。市場(chǎng)上USB從設備的接口芯片有飛利浦的PDIUSBDl2和ISPl581等，但USB Host接口芯片則比較少。經(jīng)試驗，最終確定VNClL-1A這款芯片作為USB Host控制器。
2．1 USB Host控制器
VNClL-1A芯片在FTDI公司Vinculum系列中第一個(gè)嵌入了USB主控制器，不僅能處理USB Host接口和數據，還內置了MCU和FLASH，而且也封裝了USB Device類(lèi)。它集成了12～48 MHz的時(shí)鐘倍頻器，支持上電復位功能，嵌入了64 KB FLASH ROM，4 KB SRAM，擁有FTDI提供的標準的USB固件庫，支持USB 2．O的全速(12 Mb／s)和低速(1．5 Mb／s)速率。28個(gè)GPIO可以做通用I／O和命令監測接口，具有2對USB總線(xiàn)接口，可以用串口或者磁盤(pán)方式對其燒寫(xiě)程序。當芯片作為主設備要與優(yōu)盤(pán)等從設備通信時(shí)，它可以處理FAT文件系統，支持FATl2，FATl6，FAT32格式，文件命名方式為傳統的8．3格式，即文件名不超過(guò)8個(gè)字符，擴展名為3個(gè)字符，如文件名可以為text．txt。在執行具體的操作時(shí)只需要向VNClL發(fā)送一個(gè)簡(jiǎn)單的命令就能完成像新建文件夾、新建文件、讀文件、寫(xiě)文件、打開(kāi)關(guān)閉文件等功能。比如要在優(yōu)盤(pán)中創(chuàng )建一個(gè)hello．-txt文件，可以用字符方式向VNClL逐一寫(xiě)入“OPW+空格+hello．txt+回車(chē)”的字符，就可以在優(yōu)盤(pán)中看見(jiàn)一個(gè)hello．txt的文件，或者用十六進(jìn)制代碼的方式發(fā)送“09 20 file OD”，其中file為hello．txt各字符的相應ASCII碼值。廠(chǎng)家在網(wǎng)站上提供了免費的目標代碼，用戶(hù)可以根據不同的需求下載不同的目標代碼，在本設計中，選擇用一個(gè)USB口作USBHost功能的VDAPFUL_V3_65．ROM目標代碼，并設計成串口方式將目標代碼燒錄到芯片中。所以用戶(hù)不用關(guān)心VNClL內部程序是怎么執行的，只關(guān)心需要它完成USB主設備還是從設備還是其他功能，去找相應的目標代碼就可以了，燒錄完程序的VNCIL芯片就相當于一顆接口芯片，只要接口連接正確，時(shí)序操作正確需要的功能就會(huì )正常運行。VNC-lL擁有專(zhuān)門(mén)的UART，SPI和并口引腳，所以對它進(jìn)行控制時(shí)可以選用三種接口中的任意一種，如果想看一下操作命令的返回值，可以用串口方式連接到PC機上，在PC機上用串口調試助手向VNClL發(fā)送相應的命令后，會(huì )看到對應的返回值情況。
2．2 存儲過(guò)程的實(shí)現
位圖圖像在計算機中使用很廣泛，例如在Windows中，記事本、寫(xiě)字板中的文字就是用位圖圖像表示出來(lái)的。許多以其他格式存儲的圖像，就是在位圖圖像的基礎上，進(jìn)行優(yōu)化處理后得到的，例如JPEG圖像等。在數字圖像處理中，許多算法就是針對24位真彩色位圖或灰度位圖設計的。因此，將采集的圖像以位圖的格式存儲便于后期對圖像的處理。位圖的存儲格式分為24位真彩色格式和灰度位圖格式，24位真彩色格式比灰度位圖格式大2／3，因為灰度圖像是用一個(gè)字節表示一個(gè)像素，而24位真彩色位圖是用三個(gè)字節表示一個(gè)像素，所以本設計用灰度位圖格式存儲圖像。
當要存儲一幀圖像時(shí)，ATmega8L向VNClL發(fā)送新建文件命令，在存儲設備中就會(huì )新建一個(gè)．BMP文件，然后ATmega8L再將位圖的14 B的文件頭、40 B的信息頭、1 024 B的顏色索引表寫(xiě)入．BMP文件的開(kāi)始部分，寫(xiě)完后ATmega8L給FPGA一個(gè)ready信號，FPGA收到此信號后直接將圖像數據通過(guò)VNC1L送到存儲設備的．BMP文件中；FPGA送完一幀圖像數據后再給ATmega8L一個(gè)結束信號，之后ATmega8L執行關(guān)閉當前文件命令，至此一個(gè)BMP圖存儲結束。本設計希望此系統采集的所有圖像在存儲設備中用單獨的文件夾存儲，這樣每次在新插入存儲設備時(shí)ATmega8L要先向VNC1L發(fā)送一個(gè)查詢(xún)命令，查詢(xún)當前根目錄中是否已存在本系統專(zhuān)用的文件夾，如果沒(méi)有則新建此文件夾，有則在此文件夾中查詢(xún)是否已經(jīng)有．BMP文件，如果沒(méi)有則新建，并且文件名以數字編號O開(kāi)始命名，如果有則要查詢(xún)當前哪個(gè)文件名的編號最大，然后以最大編號數加一的方式作為要新建文件的文件名。當要從存儲設備中讀取一幅圖像時(shí)，ATmega8L同樣要執行查詢(xún)文件夾和文件是否存在的命令，如果都存在則從文件名編號最大的那張圖片開(kāi)始讀取。讀取過(guò)程與寫(xiě)過(guò)程類(lèi)似，只是用的命令不同，而且讀的時(shí)候要等VNC1L將位圖的1078B的文件信息讀完后才能將圖像數據傳給FPGA。VNC1L與FPGA和ATmega8L用并口的方式進(jìn)行通信，只需8條數據線(xiàn)和4根信號線(xiàn)即可完成數據傳輸，接口連接如圖2所示。
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