基于USB2.0的高速圖像傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1 引言

圖像處理、瞬態(tài)信號(hào)檢測(cè)等領(lǐng)域要求高速度、高精度、高實(shí)時(shí)性的數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)，因此對(duì)高速圖像采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸提出更高要求。現(xiàn)在高速圖像采集系統(tǒng)一般采用高性能數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)和高速總線的框架結(jié)構(gòu)。DSP完成計(jì)算量巨大的實(shí)時(shí)處理算法，高速總線實(shí)現(xiàn)處理結(jié)果或采樣數(shù)據(jù)的快速傳輸，可采用ISA、PCI、USB等高速總線，而USB總線具有安裝方便、高帶寬、易擴(kuò)展、傳輸速率高達(dá)480 b／s，已成為計(jì)算機(jī)接口的主流。因此，這里介紹一種采用USB2．0接口和高性能DSP的高速圖像采集處理系統(tǒng)，主要應(yīng)用于井下視頻檢測(cè)，也可應(yīng)用于光纖通信、雷達(dá)信號(hào)處理等領(lǐng)域。

2 圖像采集系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2．1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)架構(gòu)

圖1為該高速圖像采集系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)架構(gòu)。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)選用ICX205AL型CCD傳感器來(lái)采集圖像，前端被測(cè)物體的光線經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)*在CCD傳感器上，然后輸出信號(hào)經(jīng)低噪聲的OP37傳輸至高速、高精度的AD9220型A／D轉(zhuǎn)換器，所轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)再經(jīng)DSP預(yù)處理，通過(guò)USB接口器件傳輸給PC機(jī)，這樣就完成了圖像采集過(guò)程。

ICX205AL型高速面陣CCD傳感器的有效像素可達(dá)到1145 M(1 392 Hx1 040 V)，水平驅(qū)動(dòng)頻率141 318 MHz，并具有靈敏度高、暗電流小、分辨率高、轉(zhuǎn)移速度快、連續(xù)可調(diào)電子快門等特點(diǎn)。

該系統(tǒng)設(shè)計(jì)選用TMS320DM6437型高性能的數(shù)字媒體處理器DSI作為核心控制。TMS320DM6437通過(guò)HPI接口訪問(wèn)USB接口器件。HPI接口是一個(gè)并行端口，16位數(shù)據(jù)總線寬度，8級(jí)深度內(nèi)部讀寫緩存，通過(guò)HPIC、HPIA、HPID 3個(gè)寄存器組合易于實(shí)現(xiàn)主機(jī)對(duì)DSP的控制。主機(jī)(上位機(jī))通過(guò)HPI接口直接訪問(wèn)DSP的全部存儲(chǔ)空間，包括存儲(chǔ)映射的外圍設(shè)備。主機(jī)和DSP都可訪問(wèn)HPI的控制寄存器(HPIC)，此外，主機(jī)還可訪問(wèn)地址寄存器(HPIA)和數(shù)據(jù)寄存器(HPID)。

USB接口器件采用Cypress公司的CY7C68033，其內(nèi)部集成有USB2．0收發(fā)器、串行接口引擎(SIE)、增強(qiáng)型的8051內(nèi)核和可編程控制的外圍接口(GPIF)，可提供高速數(shù)據(jù)傳輸有效、方便的解決方案。CY7C68033的固件程序位于內(nèi)部RAM中，由uSB或電子可擦寫可編程只讀存儲(chǔ)器(EEP-ROM)下載；具有4個(gè)可以自由編程分配控制的端點(diǎn)；8位或16位外部數(shù)據(jù)接口：內(nèi)部具有4個(gè)集成的FIFO，對(duì)外有兩種接口模式，Master模式使用GPIF接口，Slave FIFO模式使用集成的FIFO供外部設(shè)備讀寫，很容易與外部的專用集成電路或DSP器件連接；內(nèi)置增強(qiáng)型的8051內(nèi)核時(shí)鐘最高可達(dá)48 MHz，其指令周期只需4個(gè)時(shí)鐘周期；具有2個(gè)通用異步收發(fā)器(UART)、3個(gè)定時(shí)計(jì)數(shù)器、擴(kuò)展的中斷系統(tǒng)；內(nèi)置2個(gè)I2C總線控制模塊。

2．2 USB接口設(shè)計(jì)

圖2是該高速圖像采集系統(tǒng)的USB接口電路連接圖。