基于SOPC的運動視覺處理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

引言

　　隨著深亞微米工藝的發(fā)展， FPGA的容量和密度不斷增加，以其強(qiáng)大的并行乘加運算（MAC）能力和靈活的動態(tài)可重構(gòu)性，被廣泛應(yīng)用于通信、圖像等許多領(lǐng)域。但是在復(fù)雜算法的實現(xiàn)上，F(xiàn)PGA不如嵌入式處理器方便，所以在設(shè)計具有復(fù)雜算法和控制邏輯的系統(tǒng)時，往往需要和嵌入式處理器結(jié)合使用，這就是 SOPC（System on a Programmable chip，可編程片上系統(tǒng)）技術(shù)。 SoPC是 SoC和 FPGA結(jié)合的產(chǎn)物，由單個可編程重構(gòu)的芯片完成整個系統(tǒng)的主要功能。SoPC設(shè)計靈活多變，可以用原理圖，硬件描述語言甚至是 C/C++高級語言進(jìn)行設(shè)計；同時還具有可重構(gòu)、可裁減、可擴(kuò)充等特點，升級方便。 SoPC兼?zhèn)?SoC和 FPGA二者的優(yōu)點，具有如下特點：

　　●豐富的 IP核資源，包括通用 IP核和專用的 IP核

　　●在系統(tǒng)可編程，設(shè)計、編譯、下載與調(diào)試簡單方便

　　●內(nèi)置嵌入式軟核處理器，存儲器，外設(shè)接口控制器

　　●大量可編程重構(gòu)的邏輯資源

　　●功能強(qiáng)大的時鐘管理電路

　　●支持多種 I/O接口標(biāo)準(zhǔn)

　　此外，由于減小了處理器和存儲器之間的傳輸線距離，SoPC無論在速度，還是信號完整性，電磁兼容等方面，比板級系統(tǒng)都有明顯的優(yōu)越性。

　　1 功能框圖

　　在數(shù)字視頻視覺采集與處理板級系統(tǒng)開發(fā)的基礎(chǔ)上，本文采用 SoPC實現(xiàn)運動視覺處理與控制系統(tǒng)的設(shè)計方案。硬件采用 Altera公司 StratixII系列 FPGA，軟件開發(fā)工具包括 QuartusII，NiosII5.1 IDE，DSP Builder，MegaCore IP Library5.1和 Matlab7.0等。整個 SoPC系統(tǒng)工作原理為：攝像頭采集的視頻圖像數(shù)據(jù)由圖像傳感器接口進(jìn)來；數(shù)字信號處理塊和數(shù)字圖像與數(shù)字視頻處理 IP核完成視頻圖像的處理，如運動檢測、分割、特征提取、壓縮等； Nios II嵌入式處理器主要完成整個系統(tǒng)的控制功能；I2C總線用于訪問 CMOS圖像傳感器的內(nèi)部寄存器；PC機(jī)可以通過 USB接口訪問 SoPC，如果距離較遠(yuǎn)的話，可以通過以太網(wǎng)口進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸；視頻圖像及其處理后的結(jié)果既可以通過外部存儲器接口存放在 CF卡， FLASH等存儲介質(zhì)中，也可以通過 LCD顯示器接口在液晶顯示屏上直接顯示。該運動視覺 SoPC的功能框圖如圖 1所示：