基于Spartan-3 FPGA的視頻采集系統設計

1.3 視頻采集模塊

TVP5150是TI公司推出的一款超低功耗的高性能混合信號視頻解碼芯片，可自動(dòng)識別NTSC／PAL／SECAM制式的模擬信號，并將其按照YCbCr4：2：2的格式轉化成數字信號，然后以8位內嵌同步信號的ITU-RBT.656格式輸出。TVP5150具有價(jià)格低、體積小、操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn)。FPGA對TVP5150芯片的操作是通過(guò)I2C總線(xiàn)實(shí)現的，數據傳輸連接方式采用最簡(jiǎn)單的ITU-RBT.656方式。

1.4 USB接口模塊

USB接口模塊選用PHILIPS公司的高性能USB接口芯片PDIUSBD12。該芯片完全符合USB1.1規范，可支持DMA傳輸，并可通過(guò)高速8位并行接口和FPGA進(jìn)行通信，其最高并行接口速率可達到2 MB／s。

1.5 以太網(wǎng)接口模塊

該模塊采用Realtek公司生產(chǎn)的高度集成的以太網(wǎng)控制器RTL8019AS。RTL8019AS支持IEEE802.3標準和8位或16位數據總線(xiàn)。其內置16KB的SRAM可用于收發(fā)緩沖。在全雙工模式時(shí)，其收發(fā)可同時(shí)達到10Mbps。RTL8019AS可支持10Base5、10Base2、10BaseT，并能自動(dòng)檢測所連接的介質(zhì)。本設計采用RTL8019AS跳線(xiàn)接口模式，并通過(guò)16位數據總線(xiàn)連接FPGA。

2 片級硬件系統設計

在Spartan-3上構建嵌入式系統的基礎是MicroBlaze IP核。這是一種用硬件描述語(yǔ)言在FPGA內部實(shí)現的32位微處理器，采用RISC指令集和Ha rvard體系結構?？筛鶕煌耐庠O和存儲器配置進(jìn)行定制，并可以針對應用來(lái)調整處理器系統架構。在Spartan-3系列芯片上進(jìn)行該配置大約占用500 Slices。該IP核具有32個(gè)32位通用寄存器和2個(gè)專(zhuān)用寄存器。其32位寬的指令系統能支持3個(gè)操作數和兩種尋址方式，而其獨立的32位指令和數據總線(xiàn)則可與IBM的OPB總線(xiàn)完全兼容。通過(guò)模塊中的LMB總線(xiàn)，其32位指令和數據可直接與片內的塊存儲器相連。此外，該IP核還具有高速的指令和數據緩存(Cache)、三級流水線(xiàn)結構、32位地址總線(xiàn)、硬件調試邏輯、8個(gè)輸入和8個(gè)輸出的快速鏈路(FSL)接口等。MicroBlaze軟處理器的內部功能結構如圖2所示。

在FPGA上設計嵌入式系統時(shí)，可在最低層硬件資源上開(kāi)發(fā)片內外設IP核，或利用已開(kāi)發(fā)的IP核搭建嵌入式系統的硬件部分，然后開(kāi)發(fā)IP核的設備驅動(dòng)、應用接口(API)和應用層(算法)。通過(guò)標準總線(xiàn)接口將局部存儲器總線(xiàn)(LMB)和片內外設總線(xiàn)(OPB)連接到片內外設IP核，MicroBlaze處理器就可以和各種外設IP核及片內BlockRAM相連。該開(kāi)發(fā)工具提供的IP核均有相應的設備驅動(dòng)和應用接口，使用者只需利用相應的函數庫來(lái)編寫(xiě)自己的應用軟件和算法程序即可。對于用戶(hù)自己開(kāi)發(fā)的IP核，則需要自己編寫(xiě)相應的驅動(dòng)和接口函數。利用MicroBlaze處理器構建的基本嵌入式系統如圖3所示。