基于LEON3處理器動(dòng)態(tài)圖像邊緣檢測的SoC設計

圖4給出了基于A(yíng)PB外圍低速總線(xiàn)所設計的圖像邊緣檢測IP核的外部接口信號圖。由圖中可知，此IP核的接口信號可分為：

①系統時(shí)鐘與復位信號：是整個(gè)LEON3架構所共用的時(shí)鐘信號和復位信號，而iCLK_50是由外部直接引入的頻率為50MHz的時(shí)鐘，未經(jīng)過(guò)PLL處理。

②IP核控制信號：主要實(shí)現IP核的觸發(fā)功能和結束功能。

③APB總線(xiàn)的輸入信號和輸出信號：此信號主要用于A(yíng)PB總線(xiàn)控制、IP核選擇、IP核使能等，其中包括對IP核內部寄存器的設置都是通過(guò)APB總線(xiàn)信號來(lái)完成的。

④D5M攝像頭輸入信號和輸出信號：此信號主要完成對D5M攝像頭的配置以及數據采集。

⑤LTM顯示器輸入信號和輸出信號：此信號用于對LTM顯示器的配置。由于基于A(yíng)PB總線(xiàn)的IP核集成D5M攝像頭、LTM顯示器和邊緣檢測算法于一體，所以外部接口信號相對較多。但就APB總線(xiàn)本身而言，其信號并不多，這也是基于A(yíng)PB總線(xiàn)的設計方法相對簡(jiǎn)單的原因。

3.3 自定義IP核的結構設計

有關(guān)“基于A(yíng)PB外圍低速總線(xiàn)圖像檢測IP核的實(shí)現基本思想部分”略——編者注。

基于A(yíng)PB總線(xiàn)的IP核框架結構如圖5所示。

4 實(shí)驗結果

4.1 動(dòng)態(tài)圖像邊緣檢測算法硬件實(shí)現仿真與分析

文中首先利用Matlab驗證局域熵邊緣檢測算法設計的正確性，然后采用Verilog HDL硬件描述語(yǔ)言編寫(xiě)圖像邊緣檢測算法，在算法實(shí)現過(guò)程中，為提高算法的性能，采用了Quartus II中自帶的DSP加速宏模塊。同時(shí)，為驗證仿真算法的正確性，編寫(xiě)Testbench系統測試文件，對其進(jìn)行仿真驗證，圖6為局域熵邊緣檢測算法的硬件仿真時(shí)序圖。

從圖6中，可以看到3×3窗口產(chǎn)生的過(guò)程，L1～L3為采用片上緩存的方法實(shí)現的三行數據的同步。X1～X9對應3×3窗口中的9個(gè)像素點(diǎn)。圖中最終的數據輸出是有一定時(shí)延的，這是由于算法中存在大量的乘加運算和浮點(diǎn)數運算造成的。

在實(shí)現算法的同時(shí)，考慮到所選芯片提供了可用于加速算術(shù)運算的DSP模塊，于是為了加速算法的處理速度，在算法實(shí)現過(guò)程中，加入了大量的DSP加速處理模塊，如乘加器，浮點(diǎn)除法器等。表1給出了用硬件語(yǔ)言實(shí)現上述算法所使用的芯片資源情況。表2給出了該算法對DSP加速模塊的使用情況。

4.2 動(dòng)態(tài)圖像邊緣檢測SoC系統性能測試

測試采用的硬件開(kāi)發(fā)平臺為FPGA CycloneIIEP2C70F896C6N，Quartus II版本為10.0(32位)，LEON3開(kāi)發(fā)包版本為grlib-gp1-1.0.22-b4095.zip。D5M攝像頭工作在25MHz頻率，所采集的圖像分辨率為400×240，R、G、B每種色彩以10-bit二進(jìn)制數據表示，D5M攝像頭每秒采集22～25幀圖像。LTM顯示屏的顯示分辨率為400×240，工作在33MHz頻率。

表3為測試得到的片上資源使用情況。圖7為文中設計的動(dòng)態(tài)圖像邊緣檢測SoC系統工作實(shí)物圖。從其結果可以分析得到，文中設計的動(dòng)態(tài)圖像邊緣檢測SoC占據的片上資源在可以接受的范圍內。

且由實(shí)際測試可知，在外界環(huán)境適中的條件下，系統可以得到很好的圖像邊緣檢測效果。但由于圖像的分辨率較大，而邊緣檢測算法中所采用的窗口為3×3，相對于圖像來(lái)說(shuō)較小，所以圖像上的一些小的陰影區域也會(huì )被檢測出來(lái)，形成陰影區域干擾，影響圖像的邊緣檢測效果。但總體來(lái)說(shuō)，實(shí)現了動(dòng)態(tài)圖像邊緣提取的最終目的。

結語(yǔ)

本文介紹了基于LEON3開(kāi)源軟核處理器的動(dòng)態(tài)圖像邊緣檢測SoC設計。

實(shí)驗結果表明該SoC系統工作正常，可以實(shí)現每秒22～25幀，最佳分辨率為400×240和640×480的動(dòng)態(tài)圖像邊緣檢測功能，平均數據延時(shí)在70～80個(gè)系統時(shí)鐘。系統具有很好的可移植性與可配置性，占用資源少，速度快，具有廣泛的應用前景。