基于USB2.O的CMOS圖像采集系統的設計

Slave FIFO模式為從機方式，由0V9620的時(shí)鐘信號PCLK控制CY7C68013內部的多層緩沖FIFO進(jìn)行讀寫(xiě)，從而確保了圖像采集的同步、無(wú)偏移特性。利用幀同步信號VSYNC作為圖像采集的起始同步信號，當VSYNC高電平到來(lái)以前，初始置PA7為低電平，鉗制SLWR使寫(xiě)入無(wú)效，并且清空FIFO，這樣保證殘余數據清空使采集圖像不會(huì )發(fā)生偏移；當VSYNC為高電平時(shí)，標志一幀圖像的開(kāi)始，進(jìn)入中斷處理。這時(shí)置PA7為高電平，行同步信號HREF使能SLWR，寫(xiě)信號有效。這樣在“量子FIF0”框架下圖像數據從該幀的第一個(gè)像素開(kāi)始自動(dòng)高速地傳輸到上位機中，實(shí)現了采集一幅完整、無(wú)偏移的圖像。

2 系統軟件設計
圖像采集系統軟件主要包括3方面的工作：USB固件程序、USB設備驅動(dòng)程序和主機應用程序設計。
2．1 USB固件程序設計
Cypress公司為CY7C68013提供了一個(gè)固件開(kāi)發(fā)框架，可以在KEIL C51環(huán)境下開(kāi)發(fā)。由于開(kāi)發(fā)框架的引入，從而大大縮短了用戶(hù)的研發(fā)周期。該框架由fw．c、USBJmpTb．a(chǎn)5l、dscr．a(chǎn)51、periph．c、Ezusb．1ib幾部分組成。固件程序主要完成一下幾部分功能：(1)初始化，包括對CY7C68013的端點(diǎn)配置和傳輸模式的初始化。(2)命令控制函數，按照采集原理實(shí)現采集過(guò)程。(3)中斷處理，包括處理各種USB中斷及外部中斷。
設計中，考慮到系統要求高速無(wú)丟失地傳輸大量數據。因此在初始化過(guò)程中，本系統采用BULK傳輸方式。系統EP6(FIFOADR[1：0]=10)為塊傳輸IN端點(diǎn)，采用總線(xiàn)供電，IFCLK由外部設備控制器提供(IFCONFIG=Ox43H)，確保系統的穩定行。其輸入選擇1 6位數據線(xiàn)(wORDWIDE=1)并行輸入，并設置FIF0深度位4倍緩沖，保證傳輸具有較高的寬度和深度。系統采用自動(dòng)打包的方式(hUTOIN=1)使外設的數據由于不需要8051的處理，直接從FIFO到SIE，有利于提高傳輸速率。而命令控制函數和中斷處理負責采集原理的實(shí)施，其程序部分代碼如下：

2．2 USB驅動(dòng)程序設計
USB設備驅動(dòng)程序在整個(gè)系統中相當于設備端固件和主機應用程序之間的紐帶。USB設備驅動(dòng)程序屬于WDM驅動(dòng)程序，其主要完成了兩個(gè)功能：第一，USB設備的添加，操作系統快速識別USB硬件設備；第二，處理IRP_MJ_PNP青求，建立設備端與操作系統之間的通訊。
編寫(xiě)USB設備驅動(dòng)程序所需要的開(kāi)發(fā)環(huán)境，主要包括：DDK(Drivet Oevelopment Kit，驅動(dòng)開(kāi)發(fā)工具包)，BUILD工具和Visua1 C++開(kāi)發(fā)環(huán)境。Visual C++是包含標準編譯工具的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，通過(guò)正確設置，其可以用來(lái)建立內核模式的設備驅動(dòng)程序。它向用戶(hù)提供了以良好的編譯環(huán)境、方便的調試器和一些有用的工具(如rebase、guidgen等)，都有助于驅動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)。因此，本系統系統采用Visual C++6．0開(kāi)發(fā)工具，對USB設備驅動(dòng)程序進(jìn)行開(kāi)發(fā)和調試，步驟如下：
1)設置Visual C++驅動(dòng)開(kāi)環(huán)境
2)創(chuàng )建并設置一個(gè)Makefile項目，使處于驅動(dòng)開(kāi)發(fā)環(huán)境。
3)使用當前Makefile項目來(lái)開(kāi)發(fā)設備驅動(dòng)程序，也可以修改通用驅動(dòng)程序(GDP)，使其符合該采集系統要求。
4)編寫(xiě)DrvBuild．Bat批處理文件。
5)調用BUILD工具，創(chuàng )建驅動(dòng)程序，安裝驅動(dòng)。

2．3 主機應用程序設計
本系統在VC++6．0下調用API函數編寫(xiě)上層用戶(hù)端圖像顯示程序，實(shí)現對USB高速傳輸，捕獲，讀寫(xiě)和保存等操作。為提高采集速度，在設計用使用了多線(xiàn)程技術(shù)，采用兩個(gè)線(xiàn)程完成圖像的顯示，即將控制線(xiàn)程與采集顯示線(xiàn)程。其流程圖如圖4一a所示。
由于0V9620采用彩色濾光器陣列(CFA)為Bayer方案，如圖5所示，每個(gè)像素只包括RGB顏色的一個(gè)分量，為恢復另外2種顏色分量，必須進(jìn)行彩色去馬賽克(co1ordemosaicing)處理，即彩色插值。本系統采用雙線(xiàn)性(Bilinear)差值算法對像素進(jìn)行還原，即利用相鄰像素中同色分量的平均值作為當前像素的待求顏色分量。其具體數學(xué)模型為：

令S(x，y)表示像素點(diǎn)(x，y)處的顏色值，包含三個(gè)顏色分量：紅色R(x，y)、綠色G(x，y)、藍色B(x,y)，則有：

然后對圖像進(jìn)行雙線(xiàn)性差值，其中可分兩類(lèi)像素點(diǎn)。