基于FPGA的多DSP紅外實(shí)時(shí)圖像處理系統設計

O 引言

　　隨著(zhù)紅外探測技術(shù)迅猛的發(fā)展，當今紅外實(shí)時(shí)圖像處理系統所要處理的數據量越來(lái)越大，速度要求也越來(lái)越快，利用目前主流的單DSP+ FPGA硬件架構進(jìn)行較為復雜的圖像處理算法運算時(shí)，有時(shí)就顯得有些捉襟見(jiàn)肘了。使用多信號處理板雖可滿(mǎn)足復雜處理的要求，但系統成本和設計復雜度會(huì )大大增加，對于對空間質(zhì)量有嚴格要求的系統也是不可行的，多處理器系統應用的需求越來(lái)越迫切。

　　本文提出了一種新型的基于FPGA和四端口存儲器的三DSP圖像處理系統。它不同于以往的主從處理器結構，而是3個(gè)處理器分別連接四端口存儲器的3個(gè)端口，處于同等地位，對圖像數據并行處理，FPGA占用存儲器另一端口進(jìn)行數據流的控制管理和其他功能實(shí)現。這種連接方式增強了系統的重組性和擴展行，軟件開(kāi)發(fā)也更加靈活方便。

1 系統硬件結構

　　1．1 圖像處理系統的組成

　　圖像處理系統主要包括DSP及其周邊電路，FPGA電路，四端口存儲器電路、顯示電路、HotLink接口電路等。圖1所示為圖像處理系統的原理框圖。

　　1．2 FPGA電路設計

　　FPGA芯片使用Xilinx公司Virtex-4系列的SX35芯片。virtex4系列的FPGA利用90 nm三柵極氧化層技術(shù)制造而成，具有百萬(wàn)門(mén)級以上的邏輯資源，大容量片內Block RAM，用于高速數字信號處理的新型XtremeDSP，靈活的數據接口，軟硬件嵌入式處理器核等諸多資源。與前一代器件相比，在其性能和密度加倍的同時(shí)功耗卻減半，非常適合用于大規模SoPC系統。配置芯片使用XCF32P芯片。在FPGA外圍連接了D/A視頻芯片，HoTLINK傳輸芯片，SDRAM存儲器等器件，用以完成顯示、存儲等功能。

　　1．2．1 與HotLink電路接口

　　HotLink是點(diǎn)對點(diǎn)物理層器件(PHY)的世界領(lǐng)先供應商Cypress導體公司產(chǎn)品，高集成度HotLink收發(fā)器是市面上銷(xiāo)售的同類(lèi)產(chǎn)品中靈活性最強的芯片之一，它提供了很寬的工作范圍(0．2～1．5Gb/s)、可旁路8 B/10 B編碼和備用輸出。每款HotLink獨立通道器件都在一個(gè)單片解決方案中集成了發(fā)送、接收、先入先出(FIFO)和編碼器/解碼器(ENDEC)功能，為用戶(hù)提供了穩定性和通用性最好的高速圖像數據傳輸解決方案。在此選用CY7B923作為發(fā)送芯片，將采集到的圖像數據通過(guò)HotLink接口發(fā)送到圖像記錄設備進(jìn)行記錄。

　　1．2．2 擴展存儲器接口

　　FPGA外接SDRAM做為外擴存儲器。SDRAM芯片選用HY57V561620，該芯片為16位的SDRAM，工作頻率為100 MHz。SDRAM工作狀態(tài)轉換圖如下：

　　1．2．3 與視頻顯示電路接口

　　顯示電路中選用的數/模轉換芯片為ADI公司的ADV7122芯片，該芯片為三通道10 b的視頻數/模轉換芯片。

　　1．3 四端口存儲器電路設計

　　四端口存儲器使用IDT公司的IDT70V5388芯片。該芯片為64K×18 b的同步四端口存儲器，4個(gè)端口可同時(shí)對存儲器的任何地址進(jìn)行操作，每個(gè)端口的最大輸出速率為200 MHz，因此4個(gè)端口總的數據帶寬為14 Gb/s。

　　存儲器每個(gè)端口都設置有郵箱中斷功能，這一功能能夠很好地實(shí)現與各個(gè)端口相連器件的相互通信。選擇郵箱中斷功能后，每個(gè)端口給分配一個(gè)郵箱，當某一端口向其他端口的郵箱寫(xiě)入數據時(shí)，該端口將會(huì )產(chǎn)生郵箱中斷。PORT1向PORT2的郵箱地址(0xFFFE)進(jìn)行寫(xiě)操作，PORT2將產(chǎn)生郵箱中斷，PORT2對該郵箱地址進(jìn)行讀操作之后清除郵箱中斷。

　　1．4 DSP電路設計

　　DSP芯片選用Ti公司的TMS32C6414 EGLZA6E3，其主頻為600 MHz。TMS320C6414是TI公司高性能的定點(diǎn)DSP。該芯片采用超長(cháng)指令字結構(VLIW)，每個(gè)時(shí)鐘周期可以執行8個(gè)32位指令。