如何使用USB2.0和FPGA實(shí)現(xiàn)圖像采集和存儲(chǔ)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)論文

　　圖像信號(hào)的采集和處理在科學(xué)研究、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療衛(wèi)生、公共安全等領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用，而這些工作都需要一套高速的圖像系統(tǒng)來完成。同時(shí)圖像采集也是進(jìn)行圖像處理、圖像壓縮、圖像識(shí)別的基礎(chǔ)，所以圖像采集系統(tǒng)的研制有著重要的現(xiàn)實(shí)意義和價(jià)值。要對(duì)圖像進(jìn)行采集就需要一種高速的，能進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間、大吞吐量數(shù)據(jù)傳送的計(jì)算機(jī)接口。USB 2．0接口就是一種符合圖像采集要求的計(jì)算機(jī)接口。同時(shí)USB接口還具有支持熱插拔、占用系統(tǒng)資源少、易于擴(kuò)展、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)前，計(jì)算機(jī)的許多外圍設(shè)備都采用了USB接口來實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)間的數(shù)據(jù)通信。

　　本課題“基于USB和FPGA的圖像采集、存儲(chǔ)系統(tǒng)研究“，就是要設(shè)計(jì)一套高速的圖像采集、存儲(chǔ)、傳輸系統(tǒng)，通過FPGA控制圖像的采集，把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到FLASH中，當(dāng)需要查看數(shù)據(jù)時(shí)，通過該系統(tǒng)上的USB2．0接口來實(shí)現(xiàn)高速的數(shù)據(jù)傳輸，將數(shù)據(jù)送到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行儲(chǔ)存或顯示。在本課題中，設(shè)計(jì)了圖像采集系統(tǒng)的硬件電路，制作了PCB板，并對(duì)圖像采集系統(tǒng)的軟件部分進(jìn)行了開發(fā)。該圖像采集系統(tǒng)由五大部分組成：CMOS圖像傳感器（OV7620）電路、FPGA（EPlC6T144C8）控制電路、高速緩存（AL422B）電路，F(xiàn)LASH存儲(chǔ)器（K9F1208）電路、基于USB2．0（CY7C68013）接口的數(shù)據(jù)傳輸部分。

　　在硬件設(shè)計(jì)方面，論文提出了圖像數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)總體方案，設(shè)計(jì)了圖像采集系統(tǒng)的工作原理，介紹了采集系統(tǒng)中用到的主要芯片以及系統(tǒng)硬件電路中主要模塊的設(shè)計(jì)、FPGA內(nèi)部邏輯設(shè)計(jì)和PCB設(shè)計(jì)等內(nèi)容。

　　在軟件設(shè)計(jì)方面，論文講述了采集系統(tǒng)的FPGA程序的設(shè)計(jì)開發(fā)過程；還在USB2．0協(xié)議的基礎(chǔ)上提出了采集系統(tǒng)的CY7C68013固件程序的設(shè)計(jì)思路。在完成采集系統(tǒng)固件程序開發(fā)的基礎(chǔ)上，論文對(duì)固件程序中主程序、初始化函數(shù)、端點(diǎn)配置以及GPIF接口設(shè)計(jì)等內(nèi)容進(jìn)行了論述。WDM驅(qū)動(dòng)程序是實(shí)現(xiàn)訪問和控制硬件的軟件接口，應(yīng)用程序?yàn)橛脩籼峁┙缑娌⒆罱K將USB數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕Y(jié)果提供給用戶，論文敘述了采集系統(tǒng)的USB接口WDM驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用程序的開發(fā)。論文實(shí)現(xiàn)了從FPGA到計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸，并給出顯示數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕Y(jié)果。