基于Spartan-3 FPGA的视频采集系统设计

文章摘要：本系统的片内外设与MircoBlaze处理器的连接如图4所示，其中箭头表示视频数据的流向。3 系统软件设计系统中的MicroBlaze处理器对TVP515 0和PDIUSBD12的控制驱动程序可根据其通用驱动程序在EDK软件平台上移植生成。利用Xilinx公司提供的IP核可以搭建FPGA片内硬件平台，同时可获得底层硬件驱动程序的支持，然后在此基础上进行系统应用程序的开发。外部模拟视频信号经TVP5150转换为数字视频信号后，即可进入FPGA并通过视频接口模块直接排列到内部环形缓冲区数据队列的队尾。当MircoBlaze处理器接收到MPEG-4编码器可用中断时，系统将检测环形缓冲区是否为空。非空

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　　本系统的片内外设与MircoBlaze处理器的连接如图4所示，其中箭头表示视频数据的流向。

　　3 系统软件设计

　　系统中的MicroBlaze处理器对TVP515 0和PDIUSBD12的控制驱动程序可根据其通用驱动程序在EDK软件平台上移植生成。利用Xilinx公司提供的IP核可以搭建FPGA片内硬件平台，同时可获得底层硬件驱动程序的支持，然后在此基础上进行系统应用程序的开发。

　　外部模拟视频信号经TVP5150转换为数字视频信号后，即可进入FPGA并通过视频接口模块直接排列到内部环形缓冲区数据队列的队尾。

　　当MircoBlaze处理器接收到MPEG-4编码器可用中断时，系统将检测环形缓冲区是否为空。非空时，可将数据队列的头部数据取出送给MPEG-4编码器，同时启动编码器编码。

　　视频信号经过编码器编成视频原码流后，即可进入FPGA内部二级FIFO缓存。当FIFO先一级满时向MircoBlaze处理器发出数据输出中断请求。

　　MircoBlaze处理器响应来自FIFO的中断后，可将FIFO先一级数据取出并以USB或以太网接口输出，然后清空FIFO先一级。

　　依据上面的工作过程，MircoBlaze处理器的应用程序包括以下几部分：

　　(1)系统复位初始化

　　即禁止外部中断，初始化各驱动程序，清空环形缓冲区和两级FIFO，检测USB接口、以太网接口连接以决定用何种方式输出，然后启动对TVP5150的控制并进行数据采集，最后启用外部中断。

　　(2)编码器可用中断服务

　　编码器完成一帧数据编码即可向MircoBlaze处理器发出中断，然后由MircoBlaze处理器控制编码器向环形缓冲区提取数据，并在环形缓冲区耗尽时等待一定时间；

　　(3)码流可输出中断服务

　　当两级FIFO先一级所准备输出的码流满时，可向MircoBlaze处理器发出中断，然后在MircoBlaze处理器控制下，将该码流交付给USB或以太网输出接口API并由底层驱动输出，最后再清空FIFO先一级。

　　图5所示是其应用程序流程图。

　　4 结束语

　　本设计介绍了基于Spartan-3 FPGA实现通用视频采集系统的实现方案。本系统的设计依赖于专用的设计软件和IP模块。由于采用了SOPC技术，该系统可裁减、可扩充、可升级，而多层次IP模块的高度复用又使得本系统具有设计周期短，风险投资小和设计成本低等优势。

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