基于FPGA視頻采集中的I2C總線設(shè)計與實現(xiàn)
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l I2C總線的特點和協(xié)議
I2C總線協(xié)議作為一個串行總線標(biāo)準(zhǔn)，盡管沒有并行總線的數(shù)據(jù)吞吐能力，但是它的特點和協(xié)議使其有著廣泛的應(yīng)用。其特點和協(xié)議主要有：
只需兩條總線即串行時鐘線(SCL)和串行數(shù)據(jù)線(SDA)，使得IC引腳數(shù)目降低；且連接到總線的器件都是惟一地址、從節(jié)點關(guān)系軟件設(shè)定地址，主節(jié)點可以發(fā)送或者接收數(shù)據(jù)。是真正的多主總線，當(dāng)兩個或更多主節(jié)點同時初始化數(shù)據(jù)傳輸時，可以通過沖突檢測和仲裁防止數(shù)據(jù)被破壞。串行的8位雙向數(shù)據(jù)傳輸速率在標(biāo)準(zhǔn)模式下可達(dá)100 Kb／s，快速模式下達(dá)400 Kb／s，高速模式下達(dá)3．4 Mb／s，連接到相同總線的IC數(shù)量只受到總線的最大電容(400 pF)限制。片上的濾波器可以濾去總線數(shù)據(jù)線上的毛刺波，保證數(shù)據(jù)完整。
一般在總線不忙的情況下，數(shù)據(jù)傳送才能開始，在數(shù)據(jù)傳送期間，無論何時時鐘線為高，數(shù)據(jù)線必須保持穩(wěn)定，而且數(shù)據(jù)線和時鐘都必須保持為高電平。當(dāng)時鐘線為高時，數(shù)據(jù)線的變化將認(rèn)為是傳送的開始或停止，在這里，數(shù)據(jù)線由高到低的變化決定開始條件。而且數(shù)據(jù)線由低到高的變化決定停止條件。在滿足開始條件后，串行時鐘線(SCL)為低電平期間，串行數(shù)據(jù)線(SDA)允許發(fā)生變化，但每位數(shù)據(jù)需一個時鐘脈沖，當(dāng)串行時鐘線(SCL)為高電平時，串行數(shù)據(jù)線(SDA)必須穩(wěn)定，不能發(fā)生任何變化。主控器在應(yīng)答時鐘脈沖高電平期間釋放串行數(shù)據(jù)線(SDA)線高，轉(zhuǎn)由接收器控制。受控器在應(yīng)答時鐘脈沖高電平期間必須拉低串行數(shù)據(jù)線(SDA)線，使穩(wěn)定的低電平作為有效應(yīng)答。
2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計
現(xiàn)有一些可編程視頻輸入處理芯片，如：SAA7111，它的配置是通過I2C總線實現(xiàn)的，這種總線接口協(xié)議解決了設(shè)計數(shù)字控制電路時所遇到的許多接口問題，大大降低了視頻輸入處理部分的設(shè)計難度。因此，它被廣泛應(yīng)用于視頻桌面系統(tǒng)、圖像多媒體、數(shù)字電視、圖像處理、視頻電話和音頻等領(lǐng)域。SAA7111芯片作為視頻的輸入處理部分，用來實現(xiàn)模擬輸入視頻信號的數(shù)字化。系統(tǒng)上電時，FPGA首先從外部配置芯片中讀取配置數(shù)據(jù)，進(jìn)入工作模式狀態(tài)。隨后I2C配置模塊完成對SAA7111的初始化。初始化結(jié)束后，FPGA等待采集圖像的命令，F(xiàn)PGA收到采集命令后，視頻信號將進(jìn)入視頻解碼器SAA7111進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換，以將模擬信息變成標(biāo)準(zhǔn)的YUV數(shù)字圖像信息。系統(tǒng)功能框圖如圖1所示。
3 I2C總線的實現(xiàn)方法
在對I2C總線設(shè)計中，通過SAA7111上的I2C接口對其工作方式寄存器進(jìn)行設(shè)置實現(xiàn)其功能。SAA7111是一款功能強大的模擬前端和數(shù)字視頻譯碼器，常應(yīng)用在嵌入式視頻應(yīng)用的高度集成的電路中。內(nèi)部包含兩路模擬處理通道，能實現(xiàn)視頻源的選擇、抗混疊濾波、A／D轉(zhuǎn)換、自動嵌位、自動增益控制、時鐘產(chǎn)生、多制式解碼以及亮度、對比度和飽和度的控制，從而將PAL，NTSC等不同制式的模擬復(fù)合視頻數(shù)據(jù)解碼成亮度、色度和相關(guān)同步的數(shù)字信號。SAA7111內(nèi)有32個寄存器(SLLbaddress00～1FH)，其中22個是可編程的。其中，OOH，1A～lCH，lFH是只讀寄存器。00H描述的是芯片版本信息；1A～1CH是文本信息檢測和解碼寄存器，一般很少用到；lFH用來描述芯片的狀態(tài)。02H～12H是可讀／寫寄存器，其中：02H～05H是模擬輸入控制寄存器，02H用于設(shè)置模擬視頻信號輸入方式(共8種)；03H～05H用于設(shè)置增益控制方式；06H～12H主要用于設(shè)置解碼方式，通過配置這些寄存器可以設(shè)置行同步信號的開始和結(jié)束位置，并可確定亮度、色度、飽和度的大小以及輸出圖像數(shù)據(jù)信號的格式。01H，13H～19H，1DH～1EH寄存器保留使用。
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