基于FPGA的多DSP紅外實(shí)時(shí)圖像處理系統電路設計

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。

2 系統工作流程及軟件設計

系統上電后，DSP1從與其連接的FLASH芯片中讀出非均勻性校正算法所需的系數，傳送給FPGA，FPGA對圖像進(jìn)行校正，校正結果寫(xiě)入四端口RAM，圖像拉伸顯示模塊和數字圖像記錄模塊。3個(gè)DSP可以從四端口RAM中讀取圖像信息，并行進(jìn)行圖像處理工作。

2．1 非均勻性較正算法設計

非均勻性是指凝視成像探測器在外界同一均勻光學(xué)場(chǎng)輸入時(shí)各單元輸出的不一致性。焦平面陣列探測器的非均勻性高達10％～30％，因此焦平面探測器在使用時(shí)必須進(jìn)行非均勻性校正。非均勻性校正算法中，兩點(diǎn)校正算法是最常用的算法，該算法的計算量非常小，校正一個(gè)點(diǎn)只需1次加運算和1次乘運算，有利用系統實(shí)時(shí)實(shí)現。

兩點(diǎn)校正公式為：V’=GV+O。其中，V為探測器單元的實(shí)際輸出值，V’為校正后的值，G為校正增益，O為校正偏移量值。G和O利用測量?jì)蓚€(gè)不同溫度點(diǎn)的探測器響應計算得出，預先存入FLASH芯片中。系統正常工作時(shí)，DSP將系數從FLASH芯片中讀出非均勻性校正算法所需的系數，用乒乓方式寫(xiě)入四端口RAM中。每寫(xiě)完1塊數據區后利用四端口RAM的中斷信號通知FPGA將系數讀走，FPGA將得到的系數依次存入SDRAM中。系數傳送完畢后，FPGA開(kāi)始接收探測器數字圖像信息，同時(shí)將校正系數讀出，對原始紅外圖像進(jìn)行乘加運算。工作流程見(jiàn)圖3。