基于FPGA的多DSP紅外實(shí)時(shí)圖像處理系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

1．2．1 與HotLink電路接口

HotLink是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)物理層器件(PHY)的世界領(lǐng)先供應(yīng)商Cypress導(dǎo)體公司產(chǎn)品，高集成度HotLink收發(fā)器是市面上銷售的同類產(chǎn)品中靈活性最強(qiáng)的芯片之一，它提供了很寬的工作范圍(0．2～1．5Gb／s)、可旁路8 B／10 B編碼和備用輸出。每款HotLink獨(dú)立通道器件都在一個(gè)單片解決方案中集成了發(fā)送、接收、先入先出(FIFO)和編碼器／解碼器(ENDEC)功能，為用戶提供了穩(wěn)定性和通用性最好的高速圖像數(shù)據(jù)傳輸解決方案。在此選用CY7B923作為發(fā)送芯片，將采集到的圖像數(shù)據(jù)通過HotLink接口發(fā)送到圖像記錄設(shè)備進(jìn)行記錄。

1．2．2 擴(kuò)展存儲(chǔ)器接口

FPGA外接SDRAM做為外擴(kuò)存儲(chǔ)器。SDRAM芯片選用HY57V561620，該芯片為16位的SDRAM，工作頻率為100 MHz。SDRAM工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如下：

1．2．3 與視頻顯示電路接口

顯示電路中選用的數(shù)／模轉(zhuǎn)換芯片為ADI公司的ADV7122芯片，該芯片為三通道10 b的視頻數(shù)／模轉(zhuǎn)換芯片。

1．3 四端口存儲(chǔ)器電路設(shè)計(jì)

四端口存儲(chǔ)器使用IDT公司的IDT70V5388芯片。該芯片為64K×18 b的同步四端口存儲(chǔ)器，4個(gè)端口可同時(shí)對(duì)存儲(chǔ)器的任何地址進(jìn)行操作，每個(gè)端口的最大輸出速率為200 MHz，因此4個(gè)端口總的數(shù)據(jù)帶寬為14 Gb／s。

存儲(chǔ)器每個(gè)端口都設(shè)置有郵箱中斷功能，這一功能能夠很好地實(shí)現(xiàn)與各個(gè)端口相連器件的相互通信。選擇郵箱中斷功能后，每個(gè)端口給分配一個(gè)郵箱，當(dāng)某一端口向其他端口的郵箱寫入數(shù)據(jù)時(shí)，該端口將會(huì)產(chǎn)生郵箱中斷。PORT1向PORT2的郵箱地址(0xFFFE)進(jìn)行寫操作，PORT2將產(chǎn)生郵箱中斷，PORT2對(duì)該郵箱地址進(jìn)行讀操作之后清除郵箱中斷。

1．4 DSP電路設(shè)計(jì)

DSP芯片選用Ti公司的TMS32C6414 EGLZA6E3，其主頻為600 MHz。TMS320C6414是TI公司高性能的定點(diǎn)DSP。該芯片采用超長指令字結(jié)構(gòu)(VLIW)，每個(gè)時(shí)鐘周期可以執(zhí)行8個(gè)32位指令。

2 系統(tǒng)工作流程及軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)上電后，DSP1從與其連接的FLASH芯片中讀出非均勻性校正算法所需的系數(shù)，傳送給FPGA，FPGA對(duì)圖像進(jìn)行校正，校正結(jié)果寫入四端口RAM，圖像拉伸顯示模塊和數(shù)字圖像記錄模塊。3個(gè)DSP可以從四端口RAM中讀取圖像信息，并行進(jìn)行圖像處理工作。

2．1 非均勻性較正算法設(shè)計(jì)

非均勻性是指凝視成像探測(cè)器在外界同一均勻光學(xué)場(chǎng)輸入時(shí)各單元輸出的不一致性。焦平面陣列探測(cè)器的非均勻性高達(dá)10％～30％，因此焦平面探測(cè)器在使用時(shí)必須進(jìn)行非均勻性校正。非均勻性校正算法中，兩點(diǎn)校正算法是最常用的算法，該算法的計(jì)算量非常小，校正一個(gè)點(diǎn)只需1次加運(yùn)算和1次乘運(yùn)算，有利用系統(tǒng)實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)。

兩點(diǎn)校正公式為：V’=GV+O。其中，V為探測(cè)器單元的實(shí)際輸出值，V’為校正后的值，G為校正增益，O為校正偏移量值。G和O利用測(cè)量兩個(gè)不同溫度點(diǎn)的探測(cè)器響應(yīng)計(jì)算得出，預(yù)先存入FLASH芯片中。系統(tǒng)正常工作時(shí)，DSP將系數(shù)從FLASH芯片中讀出非均勻性校正算法所需的系數(shù)，用乒乓方式寫入四端口RAM中。每寫完1塊數(shù)據(jù)區(qū)后利用四端口RAM的中斷信號(hào)通知FPGA將系數(shù)讀走，F(xiàn)PGA將得到的系數(shù)依次存入SDRAM中。系數(shù)傳送完畢后，F(xiàn)PGA開始接收探測(cè)器數(shù)字圖像信息，同時(shí)將校正系數(shù)讀出，對(duì)原始紅外圖像進(jìn)行乘加運(yùn)算。工作流程見圖3。