EZ-USB FX2实现图像采集系统

由于图像采集系统采集的数据量大，带宽要求高，以往的图像采集系统通常使用PCI总线实现。但是计算机本身配置的PCI接口数量非常有限，而且拆装PCI接口设备需要打开机箱，一般操作人员并不具备这样的能力，导致系统应用受到限制。USB(通用串行总线)接口列可以完全解决以上难题。首先，USB2.0接口的速度已经达到480Mbps，完全可以满足图像采集系统对速度的要求。另外，USB接口是真正支持即插即用，且允许热插拨的接口，所以目前大量数据采集系统都选择使用USB2.0接口实现。

　　本文利用SAA7113H实现模拟视频信号解码，并借助EZ-USB FX2单片机CY7C68013将数字图像数据直接通过USB2.0接口传输到计算机，通过PC机程序实现图像的无损采集，大大简化了采集卡的硬件设计，降低了采集卡硬件要求，有效降低了图像采集卡的成本。

　　1 系统硬件设计

　　系统硬件结构如图1所示。系统主要由视频解码芯片SAA7113H、USB控制芯片CY7C68013和一块容量为1kB的24C01EEPROM芯片组成。

　　图1 系统硬件结构

　　1.1 视频解码芯片-SAA7113H

　　SAA7113H是飞利浦公司出品的一款视频解码芯片，它的作用是将输入的模拟视频信号解码为标准的8位VPO数字信号。它可以输入4路模拟视频信号，通过I2C总线对内部寄存器的不同配置可以对4路复合视频输入进行转换，改变亮度、对比度等参数。SAA7113H兼容PAL、NTSC等多种制式，可以自动检测场频，可以在PAL、NTSC之间自动切换控制。SAA7113H解码后输出的是标准的YUV 4:2:2格式数字信号。

　　1.2 USB控制芯片--CY7C68013A

　　CYTC68013A(EZ-USB FX2)是Cypress半导体公司推出的一款USB2.0芯片，它内部集成了增强的8051内核，支持最大48MHz的时钟频率，在相同时钟频率下，FX2的平均指令执行速度可达到标准8051的2.5倍。CY7C68013芯片内部集成了一个与8051内核相对独立的SIE(串行接口引擎)，在不需要8051内核参与的情况下，通过USB端口和外部逻辑共享FIFO的方式，实现外部数据与USB端口的数据交换，大大加快了数据传输的速度，可实现的最大速度为480Mbps。

　　1.3 系统硬件实现

　　硬件连接方面，利用CY7C68013的I2C端口连接24C01，以便在系统上电后提取24C01中的信息，实现设备枚举，下载相应固件。利用CY7C68013模拟I2C端口连接SAA7113H，对其内部寄存器进行配置，实现解码芯片初始化操作。CY7C68013工作在Slave FIFO(从属的FIFO)模式，将SAA7113H的VPO数据总线直接连接到CY7C68013的FD总线，使用CY7C68013的IOAO端口检测数字视频的场标志信号，用于实现帧同步。将CY7C68013的SLWR*(从属写)信号量为有效，SLRD(从属读)和SLOE(输出有效)置为无效，由SAA7113H通过自身输出的27MHz同步时钟将数字视频信号以同步方式直接写入CY7C68013内部的FIFO，再通过SIE将FIFO中的数据以高速方式直接传送到PC机，实现视频数据的采集。

　　2 系统软件设计

　　系统软件设计主要包括固件程序设计、驱动程序设计和PC机采集程序3大部分。