隨著光電子信息技術的迅速發展 ， 直接把光學信息轉化為數字圖像已經成為發展趨勢 ，機載CCD相機是基于數字相機的基本原理 ，將圖像以數字信息的形式存儲、轉移，并與地面實現通信。由于大面陣 CCD 機載相機的圖像數據量非常巨大 而且圖像輸出速率也比較高 ，所以高速圖像數據的實時記錄是一個急需解決的問題。大面陣CCD 相機的數字視頻存儲的一般方案是基于高性能計算機體系結構，把 PCI總線的視頻采集卡與高性能 IDE硬盤系統或基于 PCI SCSI橋的 SCSI存儲硬盤系統結合起來完成任務。這種方案實現起來比較容 ，但存在總線瓶頸問題，一次存儲占用兩次PCI總線 ，而且還受到操作系統和文件系統的限制 ，所以在實際應用中存儲速度很難突破 40MB /S。另外基于 PC I總線的存儲方式基于計算機平臺，占用體積比較大。針對這一問題，設計出脫離計算機平臺基于 SCSI總線的圖像數據存儲方式，這種存儲方式存儲速度快，占用體積小，適合于機載相機。

　　1 CCD相機圖像存儲系統

　　基于SCSI總線的CCD相機圖像存儲系統主要由數據源、DMA控制器、外部微處理器、FAS466協議處理器及 SC圖如圖1

　　存儲系統各部分功能如下 ：

　　（1） 外部微處理器

　　主要負責對各個模塊進行協調和控制。完成與CCD相機圖像數據的傳輸起始、結束控制 ; 對FAS466的初始化操作 ， 對傳輸的異常情況進行中斷處理 ; 在本系統中 ， 采用 FPGA芯片實現外部微處理器功能。

　　（2） DMA控制器

　　控制 FIFO與 SCSI協議處理器內部緩沖器之間的數據傳送 ，這樣通過與協議處理器的 DMA接口相協調以控制數據源與 SCSI總線間的數據傳送。本設計采用 FPGA器件實現 DMA 控制器 ， 而不用專用的 DMA 控制器 ，主要考慮以下一些因素 ：本設計的數據傳輸速率比較高，一般的專用 DMA控制器難以勝任 ; 專用的 DMA 控制器與 FAS466之間的連接需要大量的邏輯轉換電路和外圍連線、使設計難度加大。使用 FPGA 器件 ，除了完成DMA控制器的功能之外 ， 還可以把電路中的譯碼、邏輯轉換、系統復位等模塊設計進去 ， 減小了設備的體積 ，方便了以后對系統的升級和改進。

　　（3） SCSI協議處理器—FAS466

　　SCSI協議處理器是SCSI總線操作的執行部件。它可提供 Fast40的同步傳輸速率，它的同步數據寬總線傳輸速率可達 80MB /S。FAS466區別于其它 SCSI協議處理器的最大特點是它采用微處理器和 DMA接口結構 而常見的 SCSI協議控制器采用 PCI接口總線結構，這是本設計采用 FAS466的一個主要原因。采用微處理器和 DMA 接口結構 ，可以通過外部微處理器對傳輸進行控制 ， 脫離微機平臺 ，減少傳輸帶寬限制，使數據存儲系統具有非常好的靈活性和可移植性。FAS466 由 SCSI控制器、微控制器、DMA 接口和微處理器接口四個模塊組成。圖 2為 FAS466的內部結構。

　　2 DMA控制器設計

　　本系的軟件計分為外部微處理對FAS466的初始化及 DMA 控制器的軟件設計兩部分 ， 這兩部分都通過對 FPGA芯片編程實現 ， 本文將重點介紹一下 DMA控制器的軟件設計。FAS466外部 DMA控制器利用 Verilog HDL語言對 FPGA 芯片編程實現。FAS466通過置 DREQ信號 有效請求數據傳輸 ;DMA控制器檢測到DREQ有效并且外部 FIFO非空 ，則使 DACK有效并通知 FAS466開始 DMA傳輸。DMA控制器的狀態機如圖 3所示。

　　以下是實現DMA控制器的數據傳輸控制程序代碼 ：

　　always（posedge clock）

　　begin

　　if （RESET） begin

　　DMA state 《 = sIdle;

　　RE 《 = 1; W E 《 = 1; DBOE 《 = 1;

　　end

　　else if （DMAEnabled）

　　begin

　　case （DMA state）

　　sIdle： begin

　　/ /如果 DREQ有效 ， 則進入等待狀態 ;

　　if （DREQ） begin

　　DACK 《 = 1;

　　DMA state 《 = #1 sDACKDelay;

　　RE 《 = 1; W E 《 = 1; DBOE 《 = 1;

　　end

　　else begin

　　DACK 《 = 0;

　　DMA state 《 = #1 sIdle;

　　RE 《 = 1; W E 《 = 1; DBOE 《 = 1;

　　end

　　end

　　sDACKDelay： begin

　　/ /如果 DREQ無效 ， 則返回空閑狀態 ;

　　if （

　　～

　　DREQ） begin

　　DACK 《 = 0;

　　DMA state 《 = #1 sIdle;

　　end

　　/ /如果 DREQ有效 ， FF_ FE無效 ， 則進入數據傳

　　輸狀態 ;

　　else if （

　　～

　　FF_ FE） begin

　　DACK 《 = 1;

　　DMA state 《 = #1 sDataXfer;

　　RE 《 = 1; W E 《 = 0; DBOE 《 = 0;

　　end

　　else begin

　　DMA state 《 = #1 sDACKDelay;

　　RE 《 = 1; W E 《 = 1; DBOE 《 = 1;

　　end

　　end

　　sDataXfer： begin

　　/ /如果 DREQ無效 ， 則完成傳輸進入空閑狀態 ;

　　if （

　　～

　　DREQ） begin

　　DACK 《 = 0;

　　DMA state 《 = #1 sIdle;

　　RE 《 = 1; W E 《 = 1; DBOE 《 = 1;

　　end

　　/ /如果 DREQ有效 ， AF_ AE有效 ， 則進入等待狀

　　態 ;

　　else if （AF_ AE） begin

　　DACK 《 = 1;

　　DMA state 《 = #1 sDACKDelay;

　　RE 《 = 1; W E 《 = 1; DBOE 《 = 1;

　　end

　　else begin

　　DMA state 《 = #1 sDataXfer;

　　RE 《 = 1; WE 《 = 0; DBOE 《 = 0;

　　end

　　end

　　default：

　　DMA state 《 = #1 sIdle;

　　endcase

　　end

　　end

　　上面程序經 ISE軟件仿真，仿真波形如圖4所示。

　　3 結論

　　本文介紹了高速、大面陣CCD相機存儲系統的DMA控制器設計。運用Verilog HDL語言對 FP2GA編程實現 DMA 控制器功能。文中給出了它的軟件程序及仿真波形。仿真結果表明為利用 FPGA芯片能夠代替專門的DMA控制器完成DMA 控制功能。FPGA的運用使設計更加靈活 ，傳輸性能更好及反應時間更快 ，而且減小了存儲設備的體積。