基于Spartan-3 FPGA的视频采集系统设计

文章摘要：2 片级硬件系统设计在Spartan-3上构建嵌入式系统的基础是MicroBlaze IP核。这是一种用硬件描述语言在FPGA内部实现的32位微处理器，采用RISC指令集和Ha rvard体系结构。可根据不同的外设和存储器配置进行定制，并可以针对应用来调整处理器系统架构。在Spartan-3系列芯片上进行该配置大约占用500 Slices。该IP核具有32个32位通用寄存器和2个专用寄存器。其32位宽的指令系统能支持3个操作数和两种寻址方式，而其独立的32位指令和数据总线则可与IBM的OPB总线完全兼容。通过模块中的LMB总线，其32位指令和数据可直接与片内的块存储器相连。此外，该IP核还具有

基于Spartan-3 FPGA的视频采集系统设计,标签：eda技术,eda技术实用教程,http://www.88dzw.com

　　2 片级硬件系统设计

　　在Spartan-3上构建嵌入式系统的基础是MicroBlaze IP核。这是一种用硬件描述语言在FPGA内部实现的32位微处理器，采用RISC指令集和Ha rvard体系结构。可根据不同的外设和存储器配置进行定制，并可以针对应用来调整处理器系统架构。在Spartan-3系列芯片上进行该配置大约占用500 Slices。该IP核具有32个32位通用寄存器和2个专用寄存器。其32位宽的指令系统能支持3个操作数和两种寻址方式，而其独立的32位指令和数据总线则可与IBM的OPB总线完全兼容。通过模块中的LMB总线，其32位指令和数据可直接与片内的块存储器相连。此外，该IP核还具有高速的指令和数据缓存(Cache)、三级流水线结构、32位地址总线、硬件调试逻辑、8个输入和8个输出的快速链路(FSL)接口等。MicroBlaze软处理器的内部功能结构如图2所示。

　　在FPGA上设计嵌入式系统时，可在最低层硬件资源上开发片内外设IP核，或利用已开发的IP核搭建嵌入式系统的硬件部分，然后开发IP核的设备驱动、应用接口(API)和应用层(算法)。通过标准总线接口将局部存储器总线(LMB)和片内外设总线(OPB)连接到片内外设IP核，MicroBlaze处理器就可以和各种外设IP核及片内BlockRAM相连。该开发工具提供的IP核均有相应的设备驱动和应用接口，使用者只需利用相应的函数库来编写自己的应用软件和算法程序即可。对于用户自己开发的IP核，则需要自己编写相应的驱动和接口函数。利用MicroBlaze处理器构建的基本嵌入式系统如图3所示。

　　在FPGA上实现嵌入式系统，主要是构建片内MicroBlaze处理器，并为处理器添加片内外设以实现硬件模块功能，同时应添加片内外设与芯片外部引脚的连接。在开发片内外设的同时，应开发外设功能的底层驱动程序，然后在MicroBlaze处理器上实现系统应用程序。这是个软件与硬件协同开发的过程。以MicroBlaze处理器为核心的系统开发可使用Xilinx公司提供的EDK(Embedded Development Kit)。该EDK提供有一个集成开发环境XPS(Xilinx Platform. Studio)，它同时集成了硬件平台产生器、软件平台产生器、仿真模型生成器、软件编译器和软件调试器等工具。在此环境下调用各种工具即可完成软硬件协同开发的整个流程。EDK提供有多种与MicroBlaze处理器相关的功能IP核，其中包括OPB 10／100M以太网控制器、PLB／OPB SDRAM控制器、UART中断控制器、定时器及其它外围设备接口等资源。使用EDK中的系统硬件平台设计向导(Base System Builder Wizard)可进行MicroBlaze处理器的配置，而使用添加外围设备向导(ImportPeripheral Wizard)则可调用既有IP核以生成片内设备，并与处理器总线相连。

　　本系统的片内主要功能模块包括视频接口模块、环形缓冲区、码流两级FIFO缓冲区、MPEG-4编码器、Flash控制器、SDRAM控制器、10／100M以太网控制模块、USB控制模块等。其中视频接口模块是MicroBlaze处理器与TVP5150的接口。MicroBlaze处理器对TVP5150的控制驱动程序可从TVP5150驱动程序模板移植而来，可用于实现TVP5150采集方式的配置，并将采集的视频信号以4：2：0YUV格式存储到环形缓冲区里。环形缓冲区是片内与MicroBlaze处理器总线相连的SRAM存储空间的一部分，其中数据队列的首尾指针是由MicroBlaze处理器程序维护的。采用开发工具提供的FIFO模板可对其深度、位宽、读写时钟、满标志等参数进行设定，并将两个FIFO相连以构成两级FIFO，然后将其入口与MPEG-4编码器的输出相连。FIFO的先一级与MicroBlaze处理器总线相连可支持DMA读取。MPEG-4编码器是Xilinx公司授权的MPEG-4 Simple Profile编码器IP核，它接受环形缓冲区里未压缩的4：2：0YUV格式视频信号并可将其生成MPEG-4Simple Profile格式压缩码流。MPEG-4编码器与MicroBlaze处理器总线和两级FIFO输入相连，可为EDK提供其驱动程序。Flash控制器、SDRAM控制器、10／100M以太网控制器的实现软件在EDK中已提供，其与处理器总线的连接也在向导工具中自动设定，其驱动程序就包含在其中。由于片外采用了高度集成的USB控制器，而片内的USB控制模块只是MicroBlaze处理器总线与引脚的直接相连，故其驱动程序只是参考PDIUSBD12的一般驱动程序在EDK软件平台上的移植。

上一页  [1] [2] [3]  下一页