基于FPGA的多DSP红外实时图像处理系统电路设计
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2020-07-30
02:04:17
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基于基于FPGA的多的多DSP红外实时图像处理系统电路设计红外实时图像处理系统电路设计
本文提出了一种新型的基于FPGA和四端口存储器的三DSP图像处理系统，感性趣的朋友可以参考下。
O 引言
随着红外探测技术迅猛的发展，当今红外实时图像处理系统所要处理的数据量越来越大，速度要求也越来越快，利用目前主流
的单DSP+ FPGA硬件架构进行较为复杂的图像处理算法运算时，有时就显得有些捉襟见肘了。使用多信号处理板虽可满足复
杂处理的要求，但系统成本和设计复杂度会大大增加，对于对空间质量有严格要求的系统也是不可行的，多处理器系统应用的
需求越来越迫切。
本文提出了一种新型的基于FPGA和四端口存储器的三DSP图像处理系统。它不同于以往的主从处理器结构，而是3个处理器
分别连接四端口存储器的3个端口，处于同等地位，对图像数据并行处理，FPGA占用存储器另一端口进行数据流的控制管理
和其他功能实现。这种连接方式增强了系统的重组性和扩展行，软件开发也更加灵活方便。
1 系统硬件结构
1．1 图像处理系统的组成
图像处理系统主要包括DSP及其周边电路，FPGA电路，四端口存储器电路、显示电路、HotLink接口电路等。图1所示为图像
处理系统的原理框图。
1．2 FPGA电路设计
FPGA芯片使用Xilinx公司Virtex-4系列的SX35芯片。virtex4系列的FPGA利用90 nm三栅极氧化层技术制造而成，具有百万门
级以上的逻辑资源，大容量片内Block RAM，用于高速数字信号处理的新型XtremeDSP，灵活的数据接口，软硬件嵌入式处
理器核等诸多资源。与前一代器件相比，在其性能和密度加倍的同时功耗却减半，非常适合用于大规模SoPC系统。配置芯片
使用XCF32P芯片。在FPGA外围连接了D／A视频芯片，HoTLINK传输芯片，SDRAM存储器等器件，用以完成显示、存储等
功能。
1．2．1 与HotLink电路接口
HotLink是点对点物理层器件(PHY)的世界领先供应商Cypress导体公司产品，高集成度HotLink收发器是市面上销售的同类产
品中灵活性最强的芯片之一，它提供了很宽的工作范围(0．2～1．5Gb／s)、可旁路8 B／10 B编码和备用输出。每款HotLink
独立通道器件都在一个单片解决方案中集成了发送、接收、先入先出(FIFO)和编码器／解码器(ENDEC)功能，为用户提供了
稳定性和通用性最好的高速图像数据传输解决方案。在此选用CY7B923作为发送芯片，将采集到的图像数据通过HotLink接口
发送到图像记录设备进行记录。
1．2．2 扩展存储器接口
FPGA外接SDRAM做为外扩存储器。SDRAM芯片选用HY57V561620，该芯片为16位的SDRAM，工作频率为100 MHz。
SDRAM工作状态转换图如下：
1．2．3 与视频显示电路接口
显示电路中选用的数／模转换芯片为ADI公司的ADV7122芯片，该芯片为三通道10 b的视频数／模转换芯片。
1．3 四端口存储器电路设计
四端口存储器使用IDT公司的IDT70V5388芯片。该芯片为64K×18 b的同步四端口存储器，4个端口可同时对存储器的任何地
址进行操作，每个端口的最大输出速率为200 MHz，因此4个端口总的数据带宽为14 Gb／s。
存储器每个端口都设置有邮箱中断功能，这一功能能够很好地实现与各个端口相连器件的相互通信。选择邮箱中断功能后，每
个端口给分配一个邮箱，当某一端口向其他端口的邮箱写入数据时，该端口将会产生邮箱中断。PORT1向PORT2的邮箱地址
(0xFFFE)进行写操作，PORT2将产生邮箱中断，PORT2对该邮箱地址进行读操作之后清除邮箱中断。
1．4 DSP电路设计
DSP芯片选用Ti公司的TMS32C6414 EGLZA6E3，其主频为600 MHz。TMS320C6414是TI公司高性能的定点DSP。该芯片
采用超长指令字结构(VLIW)，每个时钟周期可以执行8个32位指令。
2 系统工作流程及软件设计
系统上电后，DSP1从与其连接的FLASH芯片中读出非均匀性校正算法所需的系数，传送给FPGA，FPGA对图像进行校正，
校正结果写入四端口RAM，图像拉伸显示模块和数字图像记录模块。3个DSP可以从四端口RAM中读取图像信息，并行进行
图像处理工作。
2．1 非均匀性较正算法设计
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