基于ARM和FPGA的嵌入式高速圖像采集存儲系統(tǒng)

3 系統(tǒng)的工作原理及實現(xiàn)
3．1 FPGA圖像采集及暫存的實現(xiàn)
系統(tǒng)上電后，FPGA首先通過I2C總線對視頻采集模塊(SAA7113H)進行初始化，以確定其工作模式。初始化結(jié)束后，等待圖像采集命令。當(dāng)接收到FPGA發(fā)出的圖像采集命令時，視頻采集模塊開始工作，F(xiàn)PGA依靠像素時鐘和行場同步信號采集灰度圖像。由于SAA7113H輸出的灰度圖像是8位的，而外部的SRAM是16位的，因此在FPGA中必須對采集到的灰度圖像進行處理，將兩個字節(jié)的數(shù)據(jù)組合，一起輸出到外部SRAM中。一幀圖像采集結(jié)束后，SAA7113H停止圖像采集，等待下一次的采集命令。
3．2 FPGA與ARM的數(shù)據(jù)交換
為了實現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的實時采集與處理，應(yīng)使圖像數(shù)據(jù)的采集與外部圖像數(shù)據(jù)的讀取同時進行。因此本系統(tǒng)采用雙SRAM緩存結(jié)構(gòu)。這樣，在同一時刻，一片可用于存儲圖像數(shù)據(jù)，另一片可用于外部ARM對圖像數(shù)據(jù)的讀取。兩塊SRAM存儲區(qū)乒乓式切換。當(dāng)圖像數(shù)據(jù)寫滿SRAMl時，F(xiàn)PGA向ARM發(fā)送一個中斷信號，然后，AlRM響應(yīng)中斷并讀取SRAMl中的圖像數(shù)據(jù)，同時將其寫入到CF卡中，圖像數(shù)據(jù)將寫入SRAM2，當(dāng)圖像數(shù)據(jù)寫滿SRAM2時，F(xiàn)PGA也向ARM發(fā)送一個中斷信號。ARM響應(yīng)中斷并讀取SRAM2中的圖像數(shù)據(jù)，同時將其寫入到CF卡中。之后，圖像傳感器的數(shù)據(jù)將再次寫入SRAMl。
3．3 圖像數(shù)據(jù)在CF卡上的存儲
CF卡內(nèi)部控制器設(shè)計完全模擬硬盤，使用標(biāo)準(zhǔn)的ATA／IDE接口界面，可通過IDE接口與電腦連接，而且早已實現(xiàn)無驅(qū)動設(shè)計，使用非常方便。在本系統(tǒng)中，圖像數(shù)據(jù)通過ARM存入CF卡，因此必須實現(xiàn)ARM對CF卡的配置、讀寫控制等操作。ARM對CF卡驅(qū)動的接口函數(shù)由硬件接口函數(shù)和用戶使用函數(shù)組成，硬件接口函數(shù)是與系統(tǒng)硬件相關(guān)的函數(shù)集。主要包括硬件復(fù)位函數(shù)、ATA寄存器操作函數(shù)和ATA設(shè)備探測函數(shù)；用戶使用函數(shù)包括ATA設(shè)備驅(qū)動初始化函數(shù)、查找ATA接口設(shè)備函數(shù)、讀扇區(qū)函數(shù)、寫扇區(qū)函數(shù)、獲取設(shè)備信息、使設(shè)備立即進入待機狀態(tài)和使設(shè)備立即進入空閑狀態(tài)。由于篇幅所限，這里不再一一介紹，讀者可以根據(jù)CF卡的具體參數(shù)編寫相應(yīng)的函數(shù)。

4 結(jié)束語
文中介紹了用ARM和FPGA實現(xiàn)的一個嵌入式實時圖像采集存儲系統(tǒng)的設(shè)計方案，本系統(tǒng)的工作溫度為O~60℃，可以實現(xiàn)每秒20~30幀的視頻流灰度圖像采集和存儲，能夠滿足嵌入式實時圖像采集存儲的應(yīng)用要求，系統(tǒng)的持續(xù)工作時間取決于CF卡的存儲容量。在本系統(tǒng)中，圖像的采集存儲脫離了PC機，使圖像的采集存儲真正達到了實時性和嵌入式的要求。本系統(tǒng)可以應(yīng)用在軍事射擊評價、工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量檢測、醫(yī)療和生物等領(lǐng)域。