基于Altera片上系统FPGA的图像采集系统的设计.docVIP

基于Altera 片上系统FPGA的图像采集系统的设计 摘 要 ：该设计采用了Altera公司的DE1-SoC开发板和208C监控摄像头实现了基于片上系统FPGA的图像采集系统。本文详细介绍了基于Altera片上系统FPGA的嵌入式系统的设计方法，包括基于Qsys的的系统硬件设计和基于片上系统EDS嵌入式软件设计。该设计采用的是Altera公司提供的soc_training image镜像内核文件，写入外存SD卡中，进行启动linux操作系统，在QSYS中构建所需的硬件模块，在EDS开发套件平台上编写应用软件程序，最后通过板级验证实现系统功能。 关键词：嵌入式设计；FPGA；硬核处理器；图像采集 Abstract： In the paper,an image acquisition system based on SoC FPGA is realized, which using Altera’s DE1-SoC development board and 208C surveillance camera.This paper introduces the embedded system design method based on Altera’s SoC FPGA,including the system hardware design based on Qsys and embedded software design based on SoC EDS development suite.This design is?used soc_training image kernel image file by Altera’s and write external SD card, starting with the Linux operating system,the required hardware module is added in Qsys and the application software is added in EDS development kit platform. Finally,the system’s function is realized through the board level verification. Key words：embedded design;FPGA;hard-core processor;image acquisition 引 言 随着人类活动范围的不断扩大，图像处理的应用领域也将随之不断扩大，而数字图像技术也广泛的应用到很多领域，如工业和工程方面、远程监控、航天航空、生物医学工程、机器人视觉、视屏和多媒体系统等。 伴随着EDA技术的飞快发展，各种新型的超大规模集成电路芯片也开始不断涌向市场。而新的集成电路芯片不仅性能强大、而且体积也越来越小。为了适应国内外市场的发展，2013年Altera公司推出了新一代的SOC FPGA芯片，该芯片系列在原有的基础上内嵌了强大功能的ARM Cortex-A9处理器，不仅可以在单片的FPGA实现传统的硬件描述语言逻辑设计，还可以实现基于ARM处理器的嵌入式的系统软件开发，该软硬件技术的融合，对未来的发展，有很大的应用前景。 1 系统总体设计 1.1 开发环境 本设计采用的是Altera公司的集成开发环境Quartus II和嵌入式设计套件Altera SoC EDS 完成了图像采集系统的硬件和软件的设计。在Quartus II软件的开发平台下，设计者可以完成设计输入、分析映射、综合优化、时序分析、布局布线、期间引脚分配、FPGA逻辑功能仿真验证和目标程序下载等功能。Quautus内嵌了Qsys嵌入式硬件系统开发工具，可实现ARM 硬核处理器的嵌入式系统开发。Altera SoC嵌入式设计（EDS）包含了开发（debug）工具、实现应用工具程序、运行软件等，用户可以使用Altera SoC EDS进行基于Altera Soc硬件平台的应用软件开发。 1.2 系统总体设计方案 基于Altera 片上系统FPGA的图像采集系统的总体设计方案如图1所示。整个系统由208C监控摄像头、Altera公司SoC FPGA Cyclone V系列芯片、SDRAM存储器和硬核处理器（HPS）以及处理器工作所需的外部存储器（包括DDR3 SDRAM和SD卡）组成。 SoC FPGA芯片是整个系统的控制核心 ，完成的主要功能是：内部的硬核ARM处理器通过H2F_LW_AXI总线和F2H_AXI总线控制Qsys硬件系统内部的视屏解码器、VIP套装视屏处理核，核收到处理器相关寄存器指令后控制FPGA内部的HDL逻辑代码工作，包括图像捕获