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语言和图像是人类传递信息的主要媒介。在人类接收的信息中,视觉信息大约占到80％,因此图像是传递信息的最重要媒体。由于目前的图像视频采集系统多是由PC和图像视频采集卡所构成的,因此具有消耗大、体积大、携带不方便等缺点,虽然在清晰度上可能有一定程度意义上的优势,但从内部资源开发上ARM以及FPGA要比这种设备有更大优势。论文采用了一种FPGA与ARM的综合设计的思想,FPGA与ARM的综合设计成本相对较低,却可以获得较为强大的功能,并且可以扩大FPGA与ARM的应用范围。所以,将FPGA与ARM结合起来是非常有意义的,可广泛的应用于各种通信、控制以及监测设备之中。
系统按功能可划分为图像采集和图像处理(图像压缩及存储)两部分,图像采集部分由FPGA完成,图像处理部分由ARM完成。在通信方案的设计部分,系统采用串口连接的方式,与并口连接方式相比,可有效节省I/O资源,降低成本。按系统设计亦可分为硬件设计和软件设计两部分。
1)硬件方面,采用ARM9(S3C2440)作为系统控制和图像处理主芯片;以FPGA(EP2C8Q208C8)作为图像采集的主芯片,并采用高速SRAM切换模式,即“乒乓操作”方式,可以明显提高图像采集的速度。文中详细说明了各个模块的设计方法,包括:图像传感器模块、FPGA图像采集模块、FPGA与ARM数据交换模块和ARM图像处理模块;并通过protel99SE绘制了相关电路原理图。
2)在软件方面,FPGA使用VerilogHDL编程语言,而ARM使用Linux操作系统和C语言编程。文章介绍了FPGA对图像采集的时序逻辑控制,并给出ModelSim下仿真结果。此外,详细介绍了图像压缩以及图像存储方法,在图像压缩方面采用的是JPEG2000编码标准,在图像存储中采用SQLite嵌入式数据库。
对系统进行了综合调试,最终整个系统能够稳定、可靠的运行。将算法在硬件系统中实现,得出实验结果、分析结果并对性能进行评估。结果表明,由于在系统中采用了“乒乓操作”方式,明显地提高了采集速度,达到高速采集的效果,可达到对采集速度需求相对较高的工业现场要求。