基于LVDS的高速圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3）操作簡(jiǎn)單。首先，單片64 kbyte CY7CA285V就可以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，而不需串聯(lián)多個(gè)FIFO，這樣操作起來(lái)方便了很多。其次，該FIFO有讀使能、寫(xiě)使能作為狀態(tài)保障，且均采用邊沿觸發(fā)方式，使得時(shí)序控制簡(jiǎn)捷高效，便于FPGA的邏輯實(shí)現(xiàn)。

3關(guān)鍵技術(shù)研究

3.1高速寫(xiě)入方式

本設(shè)計(jì)選用三星公司的K9WBG08U1M作為存儲(chǔ)介質(zhì)。該芯片容量大小為4 Gbyte，內(nèi)部分為2片，每片2 Gbyte，可通過(guò)片選信號(hào)和切換兩片存儲(chǔ)空間，每片由8192塊組成，每塊中有64頁(yè)，每一頁(yè)都可以存儲(chǔ)4 kbyte的圖像數(shù)據(jù)和128 byte的狀態(tài)信息。本設(shè)計(jì)要完成對(duì)高速圖像數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)任務(wù)，普通的Flash寫(xiě)入方式無(wú)法滿(mǎn)足30.72 Mbyte/s.數(shù)據(jù)存儲(chǔ)速度的要求。因此，大幅提高Flash數(shù)據(jù)接口的寫(xiě)入速度，成為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。K9WBG08U1M內(nèi)部平面結(jié)構(gòu)圖如圖5所示，Flash內(nèi)部的兩片分別為chip1和chip2，4個(gè)平面Plane0~Plane3組成1個(gè)chip，原始的寫(xiě)入方式為依次寫(xiě)滿(mǎn)Plane0、Plane1、Plane2、Plane3，為大幅度提高數(shù)據(jù)存儲(chǔ)速度，系統(tǒng)采用交錯(cuò)雙平面頁(yè)編程（interleave two-plane page program）的操作方式，并行對(duì)chip1、chip2的8個(gè)平面進(jìn)行操作，如圖6所示Interleave two-plane編程時(shí)序圖：從chip1的Plane0開(kāi)始依次寫(xiě)入每一個(gè)平面第1塊的第1頁(yè)，即寫(xiě)入chip1的Plane0的block0的page0后，再橫向連續(xù)寫(xiě)入7頁(yè)，那么當(dāng)循環(huán)回chip1的Plane0的block0的page1時(shí)，用時(shí)25 ns x 4096 x 7=716.8μs大于頁(yè)編程時(shí)間tPRoG的最大值700μs，從而可以不問(wèn)斷地繼續(xù)對(duì)chip1的Plane0的block0的page1進(jìn)行操作，這樣充分利用了頁(yè)編程的時(shí)間，使Flash的寫(xiě)入速度提高到40 Mbyte/s，完全可以完成對(duì)30.72 Mbyte/s圖像數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)任務(wù)。


圖5 K9WBG08U1M內(nèi)部平面結(jié)構(gòu)圖


圖6 Interleave two-plane編程時(shí)序圖

3.2圖像數(shù)據(jù)分析

在飛行中該圖像存儲(chǔ)器需要在過(guò)載、噪聲等惡劣環(huán)境下工作，由于這些干擾很可能丟失一幀或者若干幀數(shù)據(jù)，為此本文經(jīng)分析接收?qǐng)D像時(shí)序，為圖像數(shù)據(jù)編幀如圖7.這樣將圖像數(shù)據(jù)設(shè)定成固定的幀格式，不僅可以穩(wěn)定地循環(huán)采集，便于數(shù)據(jù)處理；而且即使由于干擾丟掉了一幀或若干幀，也不會(huì)影響幀結(jié)構(gòu)的完整性，對(duì)于整體數(shù)據(jù)分析沒(méi)有影響。這樣就保證了后續(xù)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的正確性。接收一幀圖像數(shù)據(jù)的流程圖如圖8所示。


圖7圖像存儲(chǔ)數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)


圖8接收一幀圖像數(shù)據(jù)流程圖

3.3圖像信息存儲(chǔ)設(shè)計(jì)

如圖9所示待存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)流結(jié)構(gòu)，1帶信息幀由1圖像幀和時(shí)標(biāo)及其他信息組成，存入Flash的為帶信息幀，但后續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)給圖像壓縮單元的數(shù)據(jù)只能含有圖像幀。為此本文將FIFO設(shè)計(jì)成9位緩存模式，低8位用來(lái)存儲(chǔ)圖像數(shù)據(jù)圖像幀或時(shí)暢汲其他信息，最高位通過(guò)“1”或“0”來(lái)區(qū)分是圖像數(shù)據(jù)還是幀標(biāo)志。即將低8位是圖像數(shù)據(jù)的最高位置高，低8位是時(shí)標(biāo)及其他輔助信息的最高位置低，轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)只將最高位為1的數(shù)據(jù)流發(fā)送給圖像壓縮單元。


圖9待存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)流結(jié)構(gòu)

一片K9WBG08U1M的Flash內(nèi)部有1048576頁(yè)，本文所接收的圖像數(shù)據(jù)：1圖像幀=307 200 byte，1頁(yè)容量為4 kbyte，需用75頁(yè)，所以1片F(xiàn)lash最多可存儲(chǔ)13981幀視頻圖像。接收?qǐng)D像幀頻為100 f/s，25s接收2500幀視頻圖像，僅占Flash總?cè)萘康?%.采用上述interleavetwo-plane page program的頁(yè)編程方式，每75頁(yè)代表一幀視頻圖像數(shù)據(jù)，第76頁(yè)用來(lái)寫(xiě)入每一幀的狀態(tài)信息。寫(xiě)入的順序如圖10中箭頭所示。


圖10存儲(chǔ)區(qū)和圖像幀之間的映射關(guān)系