【正文】 目 錄 第 1章 緒論 3 FPGA國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) .............................................................................. 3 FPGA的原理以及與單片機(jī)相比的優(yōu)點(diǎn) ............................................................... 4 FPGA作為 RAM ........................................................................................................ 5 第 2章 系統(tǒng)方案 ............................................................................................................. 6 FPGA開(kāi)發(fā)環(huán)境 ....................................................................................................... 6 圖像采集 ................................................................................................................. 6 圖像傳感器 ........................................................................................................ 7 圖像采集系統(tǒng) .................................................................................................... 7 數(shù)據(jù)接口設(shè)計(jì) ........................................................................................................... 8 第 3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) ....................................................................................................... 9 圖像傳感器 ............................................................................................................... 9 CCD與 CMOS .................................................................................................. 9 CCD/CMOS工作原理 .................................................................................... 11 CMOS集成電路特點(diǎn) ..................................................................................... 12 通過(guò) SCCB 總線設(shè)置 OV7670 的幀頻 ........................................................ 14 圖像數(shù)據(jù)的采集 .............................................................................................. 15 OV7670 ................................................................................................................... 16 OV7670與 FPGA的接口電路 .............................................................................. 17 SCCB總線 ............................................................................................................. 18 SRAM與 FPGA的接口電路 ................................................................................ 19 第 4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ........................................................................................................21 現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列器件 ......................................................................................... 21 CMOS寄存器配置時(shí)序的 VHDL描述 ............................................................... 21 系統(tǒng)軟件 ................................................................................................................. 21 初始化 .............................................................................................................. 21 接收數(shù)據(jù) .......................................................................................................... 22 3 第 1章 緒論 視頻圖像采集是視頻信號(hào)處理系統(tǒng)的前端部分，正在向高速、高分辨率、高集成化、高可靠性方向發(fā)展。圖像采集系統(tǒng)在當(dāng)今工業(yè)、軍事、醫(yī)學(xué)各個(gè)領(lǐng)域都有著極其廣泛的應(yīng)用，如使用在遠(yuǎn)程監(jiān)控、安防、遠(yuǎn)程抄表、可視電話、工業(yè)控制、 圖像模式識(shí)別、醫(yī)療器械等各個(gè)領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。本文介紹了一種基于 FPGA的圖像采集系統(tǒng)，用戶可以根據(jù)需要對(duì) FPGA 內(nèi)部的邏輯模塊和 I/O模塊重新配置 ,以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的重構(gòu)；而且采用這種設(shè)計(jì)方案 ,便于及時(shí)地發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤 ,能夠有效地縮短研發(fā)時(shí)間，提高工作效率。 FPGA國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 經(jīng)過(guò) 70年的不斷發(fā)展 ,FPGA已由當(dāng)初的 1200門(mén)發(fā)展成為今天的百萬(wàn)門(mén)級(jí)。通過(guò)不斷更新優(yōu)化產(chǎn)品架構(gòu)和生產(chǎn)工藝 ,實(shí)現(xiàn)了更多的邏輯單元、更高的性能、更低的單位成本和功耗。 FPGA（現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯器件）產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)從 原來(lái)的通信擴(kuò)展到消費(fèi)電子、汽車電子、工業(yè)控制、測(cè)試測(cè)量等廣泛的領(lǐng)域。而應(yīng)用的變化也使FPGA產(chǎn)品近幾年的演進(jìn)趨勢(shì)越來(lái)越明顯：一方面， FPGA供應(yīng)商致力于采用當(dāng)前最先進(jìn)的工藝來(lái)提升產(chǎn)品的性能，降低產(chǎn)品的成本；另一方面，越來(lái)越多的通用 IP（知識(shí)產(chǎn)權(quán)）或客戶定制 IP 被引入 FPGA中，以滿足客戶產(chǎn)品快速上市的要求。此外，F(xiàn)PGA企業(yè)都在大力降低產(chǎn)品的功耗，滿足業(yè)界越來(lái)越苛刻的低功耗需求。 第一時(shí)間采用新工藝提升性能降低成本 :半導(dǎo)體產(chǎn)品的集成度和成本一直在按照摩爾定律演進(jìn)。在這方面，作為半導(dǎo)體產(chǎn)品的重要一支 ——可編程 邏輯器件也不例外。最先進(jìn)的半導(dǎo)體工藝幾乎都會(huì)在第一時(shí)間被應(yīng)用在 FPGA產(chǎn)品上。而每一次工藝升級(jí)帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)，都會(huì)在產(chǎn)品的功耗、最高運(yùn)行頻率、容量以及成本上得到體現(xiàn)。 引入更多通用和定制 IP 向解決方案供應(yīng)商轉(zhuǎn)變 :近 5年來(lái)， FPGA的應(yīng)用已經(jīng)從過(guò)去通信基礎(chǔ)設(shè)備這一非常窄的領(lǐng)域迅速擴(kuò)展到了今天非常廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。在許多新興和快速成長(zhǎng)的市場(chǎng)上， FPGA作為核心器件而被廣泛采用。無(wú)線通信、工業(yè)、科學(xué)及測(cè)量、醫(yī)療設(shè)備、音視頻廣播、汽車、計(jì)算、存儲(chǔ)應(yīng)用和快速發(fā)展的消費(fèi)品市場(chǎng)，都成為 FPGA業(yè)務(wù)發(fā)展的重點(diǎn)領(lǐng)域。在這種情況下， FPGA企業(yè)也開(kāi)始了相應(yīng)的轉(zhuǎn)型，以適應(yīng)新的發(fā)展需求。 4 采用各種技術(shù)路線爭(zhēng)做低功耗之王 :電池供電應(yīng)用的迅猛增長(zhǎng)刺激了全球市場(chǎng)對(duì)低功耗半導(dǎo)體的需求。今天，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員面對(duì)更加嚴(yán)格的系統(tǒng)總體功耗限制。與此同時(shí)，這類應(yīng)用所要求的功能、性能和復(fù)雜度也在增加，但卻不能以增加電池為代價(jià)。為此，原來(lái)在功耗指標(biāo)上并不占優(yōu)的 FPGA產(chǎn)品開(kāi)始采用各種新技術(shù)來(lái)降低和優(yōu)化功耗。 FPGA的原理以及與單片機(jī)相比的優(yōu)點(diǎn) FPGA (Field Programmable Gate Arra : 現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列 )是在 PAL、 GAL、 PLD等可編程器件的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展的產(chǎn)物，是專用集成電路（ ASIC）中集成度最高的一種。 FPGA采用了邏輯單元陣列 LCA（ Logic Cell Array）這樣一個(gè)新概念，內(nèi)部包括可配置邏輯模塊 CLB（ Configurable Logic Block）、輸出輸入模塊 IOB（ Input Output Block）和內(nèi)部連線（ Interconnect）三個(gè)部分。用戶可對(duì) FPGA內(nèi)部的邏輯模塊和 I/O模塊重新配置，以實(shí)現(xiàn)用戶的邏輯。它還具有靜態(tài)可 重復(fù)編程和動(dòng)態(tài)在系統(tǒng)重構(gòu)的特性，使得硬件的功能可以像軟件一樣 通過(guò)編程來(lái)修改。作為專用集成電路（ ASIC）領(lǐng)域中的一種半定制電路， FPGA 既解決了 定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門(mén)電路數(shù)有限的缺點(diǎn)。可以毫不夸張的講， FPGA能完成任何數(shù)字器件的功能，上至高性能 CPU,下至簡(jiǎn)單的 74 電 路，都可以用 FPGA 來(lái)實(shí)現(xiàn)。 FPGA 如同一張白紙或是一堆積木，工程師可以通過(guò)傳統(tǒng)的原理圖輸入法，或是硬件描述語(yǔ)言自的設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字系統(tǒng)。通過(guò)軟件仿 真，我們可以事先