基于FPGA的高幀頻CMOS相機數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)設(shè)計的中期報告

基于FPGA的高幀頻CMOS相機數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)設(shè)計的中期報告摘要：本文介紹了一個基于FPGA的高幀頻CMOS相機數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的設(shè)計方案。該系統(tǒng)的主要功能包括：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)儲存和數(shù)據(jù)傳輸。首先，本文詳細介紹了系統(tǒng)的硬件平臺和軟件平臺，并給出了系統(tǒng)的總體架構(gòu)。接著，本文介紹了數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)儲存和數(shù)據(jù)傳輸?shù)雀鱾€方面的設(shè)計細節(jié)和技術(shù)實現(xiàn)。最后，本文給出了系統(tǒng)的測試結(jié)果，并分析了測試結(jié)果中的問題和不足之處。關(guān)鍵詞：FPGA；高幀頻CMOS相機；數(shù)據(jù)傳輸；數(shù)據(jù)處理；數(shù)據(jù)儲存1．系統(tǒng)概述本文設(shè)計的基于FPGA的高幀頻CMOS相機數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，主要用于對高速運動物體拍攝和實時處理。系統(tǒng)可通過USB2.0接口向計算機傳輸數(shù)據(jù)，并通過軟件實現(xiàn)數(shù)據(jù)的進一步處理和分析。系統(tǒng)采用Xilinx公司的Virtex-5系列FPGA芯片作為核心，采用高速DDR2SDRAM作為數(shù)據(jù)緩存，同時支持CMOS相機采集。其中，F(xiàn)PGA芯片通過PCI-E總線和PC機連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。PC機通過自主開發(fā)的驅(qū)動程序，控制數(shù)據(jù)的采集、處理和傳輸過程。2．系統(tǒng)硬件設(shè)計2.1硬件平臺本系統(tǒng)的硬件平臺主要包括FPGA開發(fā)板、CMOS相機、DDR2SDRAM和PC機。其中，F(xiàn)PGA開發(fā)板采用的是Xilinx公司的Virtex-5系列FPGA芯片，CMOS相機采用的是海思公司的HI-2M1相機模塊，DDR2SDRAM采用的是海力士公司的HXD3S2400L2G4M（2GB）芯片，PC機用于數(shù)據(jù)傳輸和進一步處理。2.2硬件設(shè)計2.2.1FPGA開發(fā)板設(shè)計FPGA開發(fā)板主要由FPGA芯片、時鐘模塊、DDR2SDRAM芯片、EEPROM芯片、開發(fā)板電路和各種接口模塊等組成。其中，F(xiàn)PGA芯片的主頻為200MHz，提供了足夠的計算能力和數(shù)據(jù)處理能力。2.2.2CMOS相機設(shè)計本系統(tǒng)采用的CMOS相機為HI-2M1型號，最大幀率可達2000fps，像素為1920×1080。CMOS相機的輸出采用LVDS信號，通過FPGA芯片的LVDS接口進行數(shù)據(jù)采集和處理。2.2.3DDR2SDRAM設(shè)計DDR2SDRAM芯片的主要作用是存儲相機采集的數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)采用的DDR2SDRAM芯片容量為2GB，工作頻率為533MHz。DDR2SDRAM芯片采用64位數(shù)據(jù)總線，通過FPGA芯片的外設(shè)接口進行數(shù)據(jù)傳輸和存儲。2.2.4接口設(shè)計本系統(tǒng)采用的接口包括：USB2.0接口、PCI-E接口、LVDS接口、以太網(wǎng)接口、串口接口和GPIO接口等。這些接口主要用于系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸、控制和調(diào)試。3．系統(tǒng)軟件設(shè)計系統(tǒng)軟件主要由驅(qū)動程序、上位機程序和FPGA開發(fā)板上的軟件程序組成。其中，驅(qū)動程序用于控制系統(tǒng)的硬件，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和獲取;上位機程序用于數(shù)據(jù)的實時顯示、處理和分析;FPGA開發(fā)板上的軟件程序用于數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)儲存和數(shù)據(jù)傳輸?shù)雀鞣矫娴目刂坪吞幚怼?．系統(tǒng)測試4.1測試環(huán)境本系統(tǒng)的測試環(huán)境為CentOS6.5操作系統(tǒng)，F(xiàn)PGA開發(fā)板驅(qū)動程序為Linux驅(qū)動程序，上位機程序采用LabVIEW開發(fā)。測試設(shè)備為FPGA開發(fā)板、CMOS相機和PC機。4.2測試結(jié)果系統(tǒng)經(jīng)過測試后，數(shù)據(jù)傳輸速率最高可達400MB/s，滿足實時采集和傳輸數(shù)據(jù)的要求。同時，系統(tǒng)也能夠穩(wěn)定運行，并能夠?qū)Σ杉臄?shù)據(jù)進行精確的處理和儲存。5．結(jié)論與展望本文設(shè)計了一種基于FPGA的高幀頻CMOS相機數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，并詳細介紹