基于ARM9的CMOS图像采集系统的设计与实现

　逻辑结构图的工作原理如下：
　(1)CLKOUT0为S3C2410A的输出时钟引脚，根据S3C2410A内部寄存器MisCCR中4~6位的不同设置可以输出不同的时钟，如系统时钟FCLK、AHB(内部)总线时钟HCLK和APB(外部)总线时钟PCLK等。系统将其作为CMOS图像传感器的主时钟输入MCLK。
　(2)启动信号START为S3C2410A的一个I/O，高电平有效，由于KAC9638的启动信号OE是低电平有效，所以它们之间要连接一个非门。
　(3)VSYNC为传感器的帧同步信号，输出一帧有效图像时该信号一直为高电平，用该信号连接S3C2410A的外部中断XINT，使CPU能控制一帧图像的开始和结束。
　(4)D[9：0]为图像传感器输出的数据流，D[15：10]位用0填充，组成16位数据输入到缓冲。缓冲的写入允许信号是启动信号START和帧有效信号VSYNC的逻辑与。在缓冲内两个周期移位成32位数据。
　(5)缓冲写入时钟WRCLK由传感器的像元输出时钟PCLK提高，一个周期写入一个10位A/D值，所以一次输出32位数据时，输出时钟周期是PCLK的二分频。并将PCLK的二分频作为S3C2410A外部DMA的请求信号XDREQ。
　(6)片选信号线nGCS4：作为32位缓冲的控制线，低电平有效。在进行数据采集时将DMA方式的源地址设置在BANK4范围内，读操作时即选中该缓冲。
　图7是用Verilog语言编写的程序仿真的图像采集时序图。

3.3 DMA方式采集图像数据程序设计
　系统采集一帧图像数据的流程图如图8所示。

　(1)启动图像采集：主控CPU从串口或其他通信口接收到采集命令后，通过START信号线通知CPLD采集信号，CPLD再通过硬件引脚OE启动KAC9638采集图像数据。
　(2)DMA初始化：包括DMA的源地址、目标地址、DMA次数等初始化。
　(3)开外中断：当一帧数据采集完成后，通过外部中断通知CPU。
　(4)DMA数据传输无需CPU干预，一帧图像完成后产生中断。
　(5)DMA中断产生并且外部中断产生才算是一帧图像采集完成，然后交由主控CPU进行处理。若只有其中一个中断产生，并且等待另一个中断超时，则是在采集过程中丢失了数据，采集图像失败。
4 硬件调试
4.1 硬件调试环境
　在系统硬件调试中，使用集成开发环境配合JATG仿真器进行调试是目前采用最多的一种调试方式[7]。集成开发环境选用ARM公司的ADS1.2。JTAG仿真器也称为JTAG调试器，是通过ARM芯片的JATG边界扫描口进行调试的设备。属于完全非插入式(即不使用片上资源)调试。
4.2 硬件调试步骤及结果
　(1)BootLoad系统引导测试
先使用英蓓特公司开发的Flash烧写工具将BootLoad程序烧写到Flash，若在PC超级终端上能正确接收目标板的串口返回的启动信息，表明系统正常运行，可以用ADS下载程序到SDRAM进行调试。
　(2)图像传感器测试
　①I2C配置测试
　将ADS编译好的bin文件下载到目标板的SDRAM，超级终端接收到返回的图像传感器ID正确，则表明I2C通信正常。通过I2C配置图像大小为3(H)×5(V)，用示波器测量传感器帧同步(vsync)、行同步(hsync)及像元时钟(pclk)的关系。如图9所示，11个像元时钟(设定的每行3个像元加上每行开始的8个全黑像元)对应1个行同步时钟，图10显示了帧同步信号及行同步信号的关系：5个行同步时钟对应1个帧同步时钟。测试结果表明S3C2410A可以正确配置图像传感器的工作方式。

　②图像采集测试
　为方便检验采集到的图像，将ARM采集到的图像数据通过UART口发送到PC终端，再将数据组合成图像显示。接收到的数据如图11所示。

　采用CMOS图像传感器、CPLD和ARM9的DMA结合完成图像的采集是本系统的特点。该方法提高了图像的采集速度，减少了CPU的开销。CMOS图像传感器价格适中，外围简单，且集成I2C接口便于编程控制；CPLD将CMOS传感器输出数据移位成32位数据，可以使传感器以更高的速度输出；ARM9的DMA负责图像采集，使得CPU可以解放出来处理其他任务。实验测试结果证明，该图像采集系统硬件平台方案设计合理、可行。该系统在实际中可以应用于视频图像监控、图像自动检测、医疗及军事检测等场所，具有良好的应用前景。
参考文献
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[2] 付斌，王科俊，陆扬.基于USB2.0的CMOS图像采集系统的实现[J].微计算机信息，2009(10)：96-98.
[3] 李洪宇．机器视觉图像采集设计与研究[D]．大庆：大庆石油学院，2007.
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[6] 叶权来，郑黎明．ARM9平台下的CMOS图像传感器数据采集系统[J]．电子工程师，2007，33(6)：70-72.
[7] 符意德，陆阳．嵌入式系统原理及接口技术．北京：清华大学出版社，2007．