基于SoPC的自感知运动图像采集系统设计

引 言

　　近年来，嵌入式图像采集技术得到快速发展，但由于嵌入式系统的处理、传输和存储数据的资源有限，常成为系统采集速度的瓶颈，很难实现高速稳定的采集。

　　SoPC是近几年兴起的一种用于嵌入式开发的片上系统可编程技术，SoPC基于FPGA芯片，将处理器、存储器、I／O口等模块集成在一起，完成整个系统的主要逻辑功能，具有设计灵活、可剪裁、可扩充、可升级及软、硬件在系统可编程的功能。由于SoPC平台可以拥有微处理器系统丰富的软件资源和出色的人机交互能力，同时又具备FPGA系统的快速硬件逻辑特性，实现了软件系统和硬件系统的互补，因此发展前景非常广阔，被认为是未来嵌入式系统发展的方向。

　　在此试图设计一种基于SoPC的自感知图像采集系统，使其能够应用于低成本、低功耗的微型嵌入式图像监控和采集系统，以期在更多适合的应用场合替代传统基于PC的图像监控方案。在已见文献报道中，基于SoPC的图像采集系统设计大多只是把采集的数据缓冲在SDRAM或SRAM中，有些文献则进一步提出将缓冲后数据直接通过并口传输给主控芯片，有的方案则是由USB接口或以太网接口输出主机，另外有的文献则提出直接将数据存储到CF卡或硬盘中，而在SoPC系统直接实现SD卡的图像采集数据文件存储在国内还未见报道。

　　另外还提出了一种新的适合在FPGA硬件实现的快速运动检测算法，并和图像采集、SD卡图像数据存储接口电路集成在同一FPGA芯片内部。在此这一图像采集系统的结构、工作原理以及系统设计等加以介绍。

　　1 系统结构及工作原理

　　该系统选用的。FPGA芯片是Altera公司CycloneⅡ系列的EP2C35。该芯片具有35 000个逻辑单元、672个引脚、475个用户自定义I／O接口、35个嵌入式乘法器和4个锁相环。FPGA芯片外接美光公司型号为MT9M011的130万像素的CIS(CMOS图像传感器，分辨率为640×480时60帧／s)、Hynix公司的型号为HY57V641620HG的SDRAM(4 Banks×1 M×16 b)，以及用来图像显示验证的液晶屏等。

　　系统工作过程如图1所示。CIS经过I2C配置模块的初始化后，输出行场同步信号、像素时钟和图像数据。再将采集的数据转换成RGB信号，帧缓冲模块(Frame Buffer)每次将相邻两帧图像数据写入SDRAM，然后比较这两帧图像的差值，如果差值大于设定的阈值，就认为检测到了外界场景的运动，系统会自动将捕获的图像输出到SD卡进行存储。