基于USB2．0的非制冷紅外熱像儀圖像處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1．2 存儲單元

　　經(jīng)過A／D轉(zhuǎn)化過的數(shù)字視頻圖像，采用YUV格式輸出時(shí)，需用2 bit表示，在圖像處理領(lǐng)域，通常只用1 bit表示黑白圖像，為了兼容彩色圖像采集模式，數(shù)據(jù)存儲空間按照彩色圖像的數(shù)據(jù)量進(jìn)行設(shè)計(jì)。每幀圖像為720×576×1*05 000 bit×16 bit，存儲器可采用雙口FIFO、雙口SRAM，但考慮到圖像的數(shù)據(jù)量及成本，采用兩片SRAM構(gòu)成乒乓式存儲結(jié)構(gòu)。雙緩存結(jié)構(gòu)常用于高速大容量數(shù)據(jù)傳輸中。因此采用兩片容量為512 kbit×16 bit的SRAM構(gòu)成乒乓存儲單元。這里只截取640×480像素圖像，因此采用512 000 bit×16 bit的SRAM是可以完成圖像的存儲與傳輸。

　　1．3 數(shù)據(jù)傳輸

　　本設(shè)計(jì)采用Cypress公司的USB2．O控制器芯片CY7C68013，該片集成有包含8．5 kB RAM增強(qiáng)型8051微處理器，4 kB的FIFO存儲器，通用可編程接口(GPIF)，串行接口引擎(SIE)和USB2.0收發(fā)器。

　　芯片工作在Slave FIFO的接口方式下，在該模式下外部邏輯直接控制接口芯片內(nèi)部的FIFO。其工作過程是，當(dāng)USB設(shè)備接入計(jì)算機(jī)時(shí)，計(jì)算機(jī)和USB設(shè)備之間產(chǎn)生枚舉過程，計(jì)算機(jī)檢測到有設(shè)備接入，自動(dòng)發(fā)出查詢請求，USB設(shè)備回應(yīng)請求，返回設(shè)備的Verdor ID和Product ID，計(jì)算機(jī)據(jù)此裝載相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序，完成重枚舉過程。計(jì)算機(jī)通過USB發(fā)出采集指令后，啟動(dòng)A／D和FPGA，紅外圖像的一幀經(jīng)過SAA7114處理送到SRAM，然后通過USB芯片上傳給計(jì)算機(jī)。在上傳過程中，兩片SRAM分別存儲一幀圖像的奇偶場，當(dāng)一片用于存儲時(shí)，另一片用于傳輸已存儲的圖像，如此往復(fù)完成實(shí)時(shí)視頻圖像采集。

　　1．4 現(xiàn)場可編程門陣列單元

　　FPGA完成的邏輯功能包括：對SAA7114進(jìn)行配置，將A／D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字視頻流變換成固定分辨率的圖像視頻流及行場使能信號，控制USB芯片及SRAM存儲芯片的讀寫時(shí)序。采用FPGA實(shí)現(xiàn)這些功能降低了PCB板的復(fù)雜程度，而且提高了系統(tǒng)的靈活性。

2 軟件設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)的軟件由以下3部分組成。

　　2．1 固件程序設(shè)計(jì)

　　開發(fā)USB接口的應(yīng)用系統(tǒng)最重要的是USB驅(qū)動(dòng)程序和固件程序的編制。Cypress公司的開發(fā)包中提供專門的開發(fā)系統(tǒng)，為開發(fā)固件提供了便利條件。在Cypress的主頁上有。EZ-USB開發(fā)工具包下載，提供了控制面板程序(ControlPanel)和KeilC51套裝軟件。在Keil uVision2環(huán)境下在Periph．c和Dscr．a(chǎn)5l文件中加入用戶代碼程序即可實(shí)現(xiàn)特定的功能，加快開發(fā)進(jìn)度。固件程序設(shè)計(jì)主要包括初始化、處理標(biāo)準(zhǔn)USB設(shè)備請求以及USB掛起時(shí)的電源管理，初始化FIFO及USB端點(diǎn)。CY7C68013具有軟配置的特性，當(dāng)設(shè)備與主機(jī)連接后，可裝載不同的固件使設(shè)備呈現(xiàn)不同的特性，方便外設(shè)固件的在線升級。

　　設(shè)置CY7C68013內(nèi)部相應(yīng)的寄存器，使其工作在USB2．0方式下，由固件程序應(yīng)答USB的傳輸，而不是USB內(nèi)核。芯片工作在Slave FIF0接口模式下。

　　框架函數(shù)分為3大類：任務(wù)分配器(以TD為字首)、標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備請求分析(以DR為字首)和USB中斷處理(以ISR為字首)。