基于USB2.0的高速圖像傳輸系統設計

1 引言

圖像處理、瞬態(tài)信號檢測等領(lǐng)域要求高速度、高精度、高實(shí)時(shí)性的數據采集與處理技術(shù)，因此對高速圖像采集系統的數據傳輸提出更高要求?，F在高速圖像采集系統一般采用高性能數字信號處理器(DSP)和高速總線(xiàn)的框架結構。DSP完成計算量巨大的實(shí)時(shí)處理算法，高速總線(xiàn)實(shí)現處理結果或采樣數據的快速傳輸，可采用ISA、PCI、USB等高速總線(xiàn)，而USB總線(xiàn)具有安裝方便、高帶寬、易擴展、傳輸速率高達480 b／s，已成為計算機接口的主流。因此，這里介紹一種采用USB2．0接口和高性能DSP的高速圖像采集處理系統，主要應用于井下視頻檢測，也可應用于光纖通信、雷達信號處理等領(lǐng)域。

2 圖像采集系統硬件設計

2．1 系統硬件設計架構

圖1為該高速圖像采集系統硬件設計架構。該系統設計選用ICX205AL型CCD傳感器來(lái)采集圖像，前端被測物體的光線(xiàn)經(jīng)光學(xué)系統*在CCD傳感器上，然后輸出信號經(jīng)低噪聲的OP37傳輸至高速、高精度的AD9220型A／D轉換器，所轉換的數據再經(jīng)DSP預處理，通過(guò)USB接口器件傳輸給PC機，這樣就完成了圖像采集過(guò)程。

ICX205AL型高速面陣CCD傳感器的有效像素可達到1145 M(1 392 Hx1 040 V)，水平驅動(dòng)頻率141 318 MHz，并具有靈敏度高、暗電流小、分辨率高、轉移速度快、連續可調電子快門(mén)等特點(diǎn)。

該系統設計選用TMS320DM6437型高性能的數字媒體處理器DSI作為核心控制。TMS320DM6437通過(guò)HPI接口訪(fǎng)問(wèn)USB接口器件。HPI接口是一個(gè)并行端口，16位數據總線(xiàn)寬度，8級深度內部讀寫(xiě)緩存，通過(guò)HPIC、HPIA、HPID 3個(gè)寄存器組合易于實(shí)現主機對DSP的控制。主機(上位機)通過(guò)HPI接口直接訪(fǎng)問(wèn)DSP的全部存儲空間，包括存儲映射的外圍設備。主機和DSP都可訪(fǎng)問(wèn)HPI的控制寄存器(HPIC)，此外，主機還可訪(fǎng)問(wèn)地址寄存器(HPIA)和數據寄存器(HPID)。

USB接口器件采用Cypress公司的CY7C68033，其內部集成有USB2．0收發(fā)器、串行接口引擎(SIE)、增強型的8051內核和可編程控制的外圍接口(GPIF)，可提供高速數據傳輸有效、方便的解決方案。CY7C68033的固件程序位于內部RAM中，由uSB或電子可擦寫(xiě)可編程只讀存儲器(EEP-ROM)下載；具有4個(gè)可以自由編程分配控制的端點(diǎn)；8位或16位外部數據接口：內部具有4個(gè)集成的FIFO，對外有兩種接口模式，Master模式使用GPIF接口，Slave FIFO模式使用集成的FIFO供外部設備讀寫(xiě)，很容易與外部的專(zhuān)用集成電路或DSP器件連接；內置增強型的8051內核時(shí)鐘最高可達48 MHz，其指令周期只需4個(gè)時(shí)鐘周期；具有2個(gè)通用異步收發(fā)器(UART)、3個(gè)定時(shí)計數器、擴展的中斷系統；內置2個(gè)I2C總線(xiàn)控制模塊。

2．2 USB接口設計

圖2是該高速圖像采集系統的USB接口電路連接圖。