1 引言

　　隨著現代的圖形采集技術發展迅速，各種基于ISA，PCI，USB1.1等總線的圖形采集卡速度已經不能滿足用戶的需求，而采用 USB2.0以后就可以解決這個傳輸速度上的瓶頸，USB2.0的速度是480Mbits/s，完全可以滿足圖像采集、傳輸以及后續處理的要求。系統中采用 DSP+CPLD的硬件設計方案，采用現場可編程芯片 CPLD及兩片 SRAM構成的圖像采集和存儲系統，可以根據不同的需要進行現場編程，具有通用性好、價格相對便宜，易于系統調試，升級等特點。系統中 CPLD選擇的型號是 ALTERA公司的MAX7000系列低功耗芯片EPM7128A。片外大容量 SRAM是DSP與 CPLD的聯系橋梁，系統設計也利用這座橋梁將 USB和 CPLD有機地聯系起來。該系統的市場調查表明，適應于各種主動或被動的監測場合，以及醫療、公安和工業檢測當中。 2 系統的硬件設計方案圖像通信系統包括以下四個部分，如圖 1所示：

　　（1） 圖像采集模塊，由線陣 CCD、CCD 驅動信號增強電路、CPLD 和 A/D 組成，用于采集圖像信號，并將模擬信號數字化，以便 DSP 處理。本系統采用黑白高速線陣TH7814A，該 CCD 為雙路輸出，像敏單元尺寸7 ？m，最高驅動頻率 50 MHz;CCD 驅動信號增強電路是為滿足該 CCD 所需的 9 V 高速驅動而設計的;A/D 芯片采用 SAA7111A，它由雙通道模擬預處理電路、自動鉗位和增益控制、時鐘產生電路、數字多標準譯碼器色度/飽和度/對比度控制電路、彩色空間矩陣和 27MHz數據處理通道七部分組成，并由 DSP模擬I 2C總線進行時序配置，以上器件同步驅動脈沖均由 CPLD 產生。

　　（2）圖像信號的處理和控制模塊，該模塊由 DSP和兩片 SRAM組成，完成了整個系統圖像數據的處理和對各模塊的集中控制與處理，DSP選用了 TI公司的通用 16位定點 DSP芯片 TMS320VC5409，其指令的處理速度達到 100MIPS，通過片內的鎖相環倍頻使 DSP內部工作在 100M的頻率上，而外部的工作頻率可以相對較低，這就降低了電路設計的要求，提高了工作的穩定性。該系統圖像采集的一幀圖像是 720×576象素，如果取彩色圖像，每象素用 2個字節表示，每幀圖像是 720×576×16=*Mb，分成奇數場和偶數場分別存儲在兩片 SRAM中，則每片的 SRAM存儲 3.2Mb的圖像數據，因此選用了 256K×1*M位的靜態存儲器（SRAM）。在圖像處理領域，通常只需要黑白圖像，可以只取圖像的黑白部分，每象素用 1個字節表示，每幀圖像是 3.2Mb ，每片 SRAM存儲 1.6Mb的圖像數據。所采用的 EZ-USB芯片理論速率是 480Mbps，實際測得的速率是 320Mbps，因此圖像采集卡每秒傳輸約 5幀彩色圖像或 10幀黑白圖像。

　　（3）USB傳輸和控制模塊，設計中選用的芯片是EZ-USB FX2系列的CY7C68013芯片，該芯片是針對 USB2.0的，而且和 USB1.0兼容，由于 USB2.0的速度可以達到480Mb/S，并且FX2自身具有EP2，EP4，EP6和EP8的4個大流量端點，CY7C68013可以實現從外部存儲器高速的讀取和寫入數據。在圖像的采集、存儲和傳輸設計上，不再是奇數場存儲在奇數SRAM，偶數場存儲在偶數SRAM。最重要的改進是一幀圖像在完成行延時和像素延時之后，當偶數場到來后，先把偶數場的一半存儲在緊鄰奇數場數據的奇數 SRAM中，然后再把余下的偶數場數據的一半存儲在緊鄰偶數場數據的偶數 SRAM中。CY7C68013擁有 4個大容量端點，恰好滿足了整個系統對實時性的要求。在 USB從兩個 SRAM讀取圖像數據時，USB并不是從兩個SRAM“乒乓”式的讀取圖像數據，而是充分地利用 USB2.0的速度特點，由 CPLD的時序調度來先讀取奇數SRAM，然后讀取偶數SRAM。

　　（4）系統接口以及終端圖像還原和存儲模塊，系統中各個模塊之間都需要通過接口來實現模塊間通信，因此接口的選擇是系統是保證系統通信速度的關鍵。其中 CPLD 和 DSP 都具有很高的數據處理速度 ，如何將這兩個器件的處理速度協調起來 ，會直接影響整體系統的運行速度 ，這就涉及到 CPLD如何與 DSP接口的問題。關鍵是選擇 DSP的接口方式和配置CPLD的片內RAM。系統中DSP與 SDRAM 用EMIF 的方式接口。同時，CPLD內部的存儲器主要是 Block RAM ，可用作雙口 RAM ，正好可將 CPLD 模塊中的結果緩沖器設為雙口 RAM ，一端是輸入 ，另一端則模擬為SDRAM 的接口。這樣就將 CPLD 與 DSP 有機地連接在一起。系統與終端的接口采用的是 480Mb/s的 USB2.0通用串行接口，用于發送和接受各種數據及控制信號。PC機端通過 USB接口接受數據，然后存儲到終端硬盤上，進行圖像的還原和處理。

　　系統工作流程：系統上電以后， DSP從外部 FLASH進行程序自舉，將程序引導進入片內高速 RAM中運行。DSP對 SAA7111A，TL16C750（異步通信芯片）進行初始化配置。初始化結束后，DSP進入等待狀態。當接收到手動或是軟件自動鏈路請求時， DSP進行鏈路撥號。鏈路成功后， DSP通過 CLKX產生觸發脈沖通知 CPLD可以采集圖像。從 CCD捕捉到的模擬視頻信號經過SAA7111A的模數轉換，由CPLD控制寫入片外高速大容量SRAM儲存，直到一幀圖像存儲完畢， CPLD交出總線。然后 USB控制器 FX2從兩片 SRAM中讀取奇數場和偶數場的圖像數據。一幀圖像采集結束后，CPLD置高 HOLD，同時產生中斷，通知 DSP。DSP收回總線，進行圖像傳輸。圖像采集部分的 TOKEN信號外接 LED，LED的亮、滅狀態可以直觀地顯示系統進程階段。