【摘 要】
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本文介绍了一种针对通用串行总线(USB2.0)视频摄像头应用的通用串行总线(USB2.0)视频图像控制器的设计,在介绍了USB2.0协议、CMOS图像传感器原理和现场可编程门阵列(FPGA)开
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本文介绍了一种针对通用串行总线(USB2.0)视频摄像头应用的通用串行总线(USB2.0)视频图像控制器的设计,在介绍了USB2.0协议、CMOS图像传感器原理和现场可编程门阵列(FPGA)开发流程后,对系统中的硬件和软件部分做了详细的描述。首先介绍了USB协议和USB设备的发展现状,研究基于USB2.0设备控制器的重要意义,以及CMOS图像传感器原理和FPGA在嵌入式开发中的应用发展情况。然后对USB2.0协议进行了概述,它们是本设计所依据的最基本的标准。接着,对本设计涉及到的数字图像格式转换进行了简要介绍,随后又对FPGA开发流程作了简介。USB2.0视频图像控制器在硬件上分为7个模块：微处理器(MCU)、USB2.0收发器(USB2.0PHY)、串行接口引擎(USB2.0 SIE)、数据缓冲模块(DataBuffer)、直接存储通道控制器(DMA)、图像处理单元(PU)及微处理器总线接口(MCUBusInterface)。微处理器负责整个系统的控制。USB2.0收发器完成串行传输宏(UTM)功能,向串行接口引擎模块呈现串行传输宏接口(UTMI)。串行接口引擎模块处理USB2.0协议包,向外设提供USB协议包内的有效数据载荷。数据缓冲模块缓存USB的数据包。直接存储通道控制器模块实现图像处理单元向串行接口引擎模块进行存储器直接传输控制。图像处理单元负责读取来自传感器的图像数据,并对数据进行格式转换和处理。微处理器总线接口模块负责用于各个模块与微处理器模块之间的总线控制连接。本文还给出了每一个模块之间的硬件接口连接。本设计的整体运作是靠MCU中的软件来控制的。软件的设计遵循USB2.0和UVC1.1协议。主要任务是合理控制调度各模块,解析USB命令并执行相应的操作,实现视频传输控制功能。整个软件程序主要由USB总线枚举、USB图像参数设置等组成。最后给出基于FPGA开发板的验证结果,说明本设计达到了设计目标。
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