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基于PXA255设计的图像采集传输系统

作者:时间:2012-11-13来源:网络收藏
0 引言

图像处理技术的快速发展,使得处理系统在提高农业生产自动化程度中的应用越来越广泛。目前的系统有的基于CCD摄像机、卡和计算机,有的基于CCD摄像机、解码器、和DSP,而有的基于CMOS图像传感器芯片、和DSP,它们在实时性,灵活性,可维护性方面各有优缺点。而在农业生产中,以基于CCD摄像机、图像采集卡和计算机的系统居多。本文结合实际系统中的前端图像处理和图像数据传输需要.充分利用的灵活性和的并行性特点,设计了一种基于+FPGA的图像快速采集。所选的 (Ad-vanced RISC Machines)体系结构是32位嵌入式RISC微处理器结构,该微处理器拥有丰富的指令集且编程灵活。而FPGA(Field ProgrammableGate Array)则在速度和并行运算方面有很大优势,适合图像处理的实时性要求。本文选用Intel公司的Xcale PXA255和Xilinx公司的Spartan-3XC3S1000来实现本系统的设计。

1 系统结构设计

本系统的结构框图如图1所示。图中,图像传感器模块负责图像采集,FPGA用来控制CMOS图像传感器芯片,ARM负责图像数据的交换、以太网芯片的控制及UDP/IP协议的实现,以太网模块主要实现以太网数据传输,SDRAM用于存储图像数据,FLASH为程序存储器。系统工作时,先由FPGA将CMOS传感器采集的数据存储到双口SRAM,再由ARM从FPGA的双口SRAM中读取数据并存储到SDRAM,存满一帧图像数据后,ARM便通过以太网芯片将数据发送给上位机。

2 系统硬件设计

2.1 CMOS图像传感器模块

本系统采用OV9650作为图像采集传感器。OV9650是Omni Vision公司的彩色CMOS图像传感器,可支持SXVGA,VGA,QVGA,QQVGA,CIF,QCIF,QQCIF模式和SCCB接口,并具有自动曝光控制、自动增益控制、自动白平衡、自动带通滤波、自动黑级校准等功能。OV9650的最大帧速率在VGA格式时为30 fps,在SXVGA格式时为15 fps。本系统采用VGA格式。

2.2 FPGA模块

FPGA主要用于图像传感器的控制、图像数据的缓存及外围芯片时序的产生。考虑到图像处理算法的实现需要,本系统选用了Xilinx公司的XC3S1000,它属于SPARTAN-3系列,容量为100万门。在本设计中,FPGA通常运行于80 MHz。XC3S1000与OV9650的接口电路示意图如图2所示。FPGA的内部结构包括CMOS控制单元、SC-CB接口单元、双口RAM单元、FIFO单元等。其中CMOS控制单元又包括帧同步模块、场同步模块、像素时钟模块等。

2.3 ARM处理器模块

本系统的ARM处理器选用PXA255,用于实现图像数据交换和以太网数据传输等功能。PXA255是Intel公司推出的基于第五代ARM RISC体系结构ARMV5TE的微处理器。CPU的运行频率最高为400 MHz,有32 KB指令Cache,32 KB数据Cache,2 KB微数Cache,并带有丰富的串行外设接口,并可支持各种存储器芯片。本系统采用两片SDRAM和两片FLASH存储器,其中SDRAM用于图像数据暂存,本系统选用SAMSUNG公司的K4S561632C-TC75,容量为32 MB。而FLASH程序存储器则选用Intel公司的E28F128J3A-150来作为NOR FLASH,容量为16 MB。

2.4 以太网传输模块

本系统的以太网芯片选用LAN91C113。这是SMSC公司推出的快速以太网10/100 Mbps控制器,支持多种嵌入式处理器主机接口。LAN91C1B内部有8 KB的FIFO,可用于接收和发送数据的存储。此外,LAN91C113芯片还集成了CSMA/CD协议的MAC(媒体访问控制层)和PHY(物理层),IEEE802.3/802.3u-100BASE-TX/10Base-T规范。本系统中,LAN91C113的串行EEPROM接口与AT93C46相连。PXA255访问LAN91C113采用异步静态存储器方式,LAN91C113的地址使能信号AEN与PXA255的静态芯片片选四相连。PXA255与LAN91C113接口示意图如图3所示。


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