线阵CCD（Charge Coupled Device，电荷耦合器件）图像采集系统是一种能够实现光电转换的图像传感器，它将图像信号直接转换成电荷信号，经过模数转换（AD转换）得到数字信号量，被嵌入式设备使用。线阵CCD因其高精度、高灵敏度、自扫描以及宽光谱响应范围而广泛应用于图像扫描、条码扫描、非接触式位移测量和非接触式尺寸检测等工业测量与成像领域。
传统的CCD驱动系统通常采用单一的微控制器（MCU）或数字信号处理器（DSP）作为核心，来驱动控制整个系统。然而，MCU在高速信号任务处理方面存在信号采集速度慢的问题，通常需要外接FIFO（First In First Out，先进先出）来进行数据缓存，而且MCU的功能相对简单，无法满足当前检测系统的高要求。
为了解决这些问题，该论文提出了基于FPGA（Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）和ARM（Advanced RISC Machines，一种微处理器架构）的线阵CCD图像采集系统设计。FPGA具备高度的灵活性和并行处理能力，它可以通过编程来简化驱动电路的设计，并大幅提高数据采集处理的速度。ARM处理器则作为外挂处理器，负责数据信息的软件处理以及整个系统的控制，使得系统可以实现更多通用且功能丰富的嵌入式系统应用。
该系统在硬件上主要包括线阵CCD、CCD输出信号调理电路、FPGA芯片、ARM芯片、显示以及数据传输接口等部分。FPGA主要负责对线阵CCD进行时序驱动，完成像素信号的采集、硬件处理以及传输工作。ARM处理器作为FPGA的外挂处理器，主要完成数据信息的软件处理和对整个系统的控制。
文章提出的系统设计，不仅介绍了基于FPGA和ARM的软硬件联合设计方案的基本原理，而且还提供了设计方案的详细实现。利用FPGA+ARM的构架，可以提高系统处理速度，并通过外挂ARM芯片实现复杂的数据处理和系统控制功能，从而达到提高效率和增强功能的目的。该系统设计方案适用于需要高速数据采集与处理的图像采集应用。
在整个系统设计中，CCD传感器负责采集图像数据，输出的信号经过调理电路处理后送入AD转换器。FPGA通过编程来控制CCD传感器的时序，并实现数据采集、硬件处理与传输等功能。ARM处理器则根据软件算法来进一步处理采集到的数据，并负责与上位机的通讯以及显示接口的数据展示。
图1显示的系统硬件结构图展示了各个组成部分如何协同工作。系统中的FPGA芯片型号为EP4CE10F17C8，而ARM处理器则基于Cortex-M3构架，型号为STM32F103VE。整个系统具有高度的灵活性和可扩展性，能够根据不同的应用场景进行优化配置。
该设计的关键技术点包括：
1. FPGA的并行处理能力用于快速采集和处理图像数据。
2. ARM处理器与FPGA的协作来实现数据的高级处理以及系统整体控制。
3. 通过软硬件联合设计，实现高效的数据采集、处理和传输。
4. 优化的信号调理电路设计，确保信号的高精度传输。
5. 实现用户友好的数据展示，例如通过TFT显示器。
基于FPGA和ARM的线阵CCD图像采集系统设计，不仅能够解决传统系统中存在的速度与功能的局限性，而且还能够提供一个高灵活性、高集成度的解决方案，满足高速、高精度图像数据采集和处理的需求。这种设计方法有望在需要高性能图像处理能力的领域得到广泛应用。
