FPGA+DSP的图像处理系统

万方数据万方数据·１１０·微处理机２０１０年（ＤＰＲＡＭ）。

虽然Ｃ６４１６片内集成了高达８Ｍ位的片内高速缓存，但考虑到图像处理算法必涉及到对前后几帧图像进行处理，为保证系统运行时存储容量不会成为整个系统的性能瓶颈（ｃｈｏｋｅｐｏｉｎｔ），在ＤＳＰ模块中额外扩展存储空间。

由于ＥＭＩＦＡ口的数据宽度更大，因此系统在ＥＭＩＦＡ的ＣＥｌ空间内扩展了两片总共１２８Ｍ位的同步存储器。

Ｃ６４１６的引导方式有三种，分别是：不加载，ＣＰＵ直接开始执行地址０处的存储器中的指令；ＲＯＭ加载，位于ＥＭＩＦＢＣＥｌ空间的ＲＯＭ中的程序首选通过ＥＤＭＡ被搬人地址Ｏ处，ＲＯＭ加载只支持８位的ＲＯＭ加载；主机加载，外部主机通过主机接口初始化ＣＰＵ的存储空间，包括片内配置寄存器。

本系统采用的是ＲＯＭ加载方式。

Ｃ６４１６片内有三个多通道缓冲串口，经ＤＳＰ处理的最终结果将通过ＤＳＰ的多通道缓冲串口传送至ＦＰＧＡ。

３．４图像输出模块该模块的功能是将ＤＳＰ处理后的图像数据进行数模转换，并与字符信号合成后形成ＶＧＡ格式的视频信号。

这里选用的数模转换芯片为ＡＤＶ７１２５。

这是ＡＤＩ公司生产的一款三通道（每通道８位）视频数模转换器，其最大数据吞吐率３３０ＭＳＰＳ，输出信图２原始图像图３ＦＰＧＡ图像增强结果５结论实时图像处理系统以ＤＳＰ和ＦＰＧＡ为基本结构，并在此结构的基础上进行了优化，增加了视频输入通路。

同时所有的数据交换都通过了ＦＰＧＡ，后期的调试过程证明这样做使得调试非常方便，既可以监视数据的交换又方便修正前期设计的错误。

整个系统结构简单，各个模块功能清晰明了。

经后期大量的系统仿真验证：系统稳定性高，处理速度快，能满足设计要求。

号兼容ＲＳ一３４３Ａ／ＲＳ一１７０。

由ＦＰＧＡ产生的数字视频信号分别进入到ＡＤＶ７１２５的三个数据通道，经数模转换后输出模拟视频信号并与原来的同步信号、消隐信号叠加后便可以在显示器上显示处理的结果了。

DSP与FPGA实时信号处理系统介绍DSP（Digital Signal Processor）是一种专门用于数字信号处理的处理器，它可以高效地执行各种数字信号处理算法。

DSP的特点是具有高速运算能力、优化的指令集和丰富的并行功能，使得它能够在实时性要求较高的信号处理任务中发挥重要作用。

DSP的应用非常广泛，包括音频信号处理、图像处理、通信系统等。

在音频信号处理中，DSP可以通过滤波器等算法实现音频的均衡、去噪和音效处理等；在图像处理中，DSP可以实现图像的增强、去噪和边缘检测等算法；在通信系统中，DSP可以实现调制解调、编码解码和信号重构等功能。

DSP在实时信号处理系统中起着关键的作用。

它可以通过硬件电路实现各种滤波、变换等算法，实现信号的实时处理。

而且，由于DSP具有较高的计算能力和运算速度，可以满足实时性要求较高的信号处理任务。

FPGA（Field-Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑器件，它可以根据用户的需要重新实现硬件电路功能。

FPGA的特点是具有灵活的编程性能和较高的并行计算能力，使得它能够高效地实现各种数字信号处理算法。

FPGA的应用范围广泛，包括图像处理、音频处理、视频处理、通信系统等。

在图像处理中，FPGA可以实现图像的分割、边缘检测和图像增强等功能；在音频处理中，FPGA可以实现音频的压缩、解码和音效处理等功能；在通信系统中，FPGA可以实现调制解调、协议处理和信号重构等功能。

FPGA在实时信号处理系统中具有重要作用。

它可以通过重新编程硬件电路，实现各种算法的并行运算，从而提高信号处理的速度和效率。

此外，FPGA还可以与其他硬件设备配合使用，如ADC（Analog-to-Digital Converter）和DAC（Digital-to-Analog Converter），实现信号的输入和输出。

DSP与FPGA在实时信号处理系统中可以相互配合使用。

DSP可以负责实现一些复杂的算法，如滤波器、变换和编码解码等，而FPGA可以负责实现并行计算和硬件电路的实现。

基于FPGA和DSP的高速图像处理系统作者：舒志猛陈素华来源：《现代电子技术》2012年第04期摘要：为了提高图像处理系统的高性能和低功耗，提出了一种基于FPGA和DSP协同作业的高速图像处理嵌入式系统，其中DSP为主处理器，负责图像处理，而FPGA为协处理器，负责系统的所有数字逻辑。

整个系统中FPGA和DSP的工作之间形成流水，同时借助于单片双口RAM（）完成两者的通信，比使用单片DSP建立的处理系统性能提高25%左右。

该系统具有可重构性，方便其他的算法于该系统上实现。

关键词：图像处理； FPGA； DSP；双口RAM中图分类号：； TP274+.2文献标识码：A文章编号：(1. Xuji Metering Limited Company, Xuchang 461000, China;2. College of Electrical & Information Engineering, Xuchang University, Xuchang 461000, China)Abstract： In order to improve the performance of image processing embedded system and reduce its powerpaper. DSP as a main processor is used to control the module of image process, and FPGA chip as aration in the system is divided between the FPGA and DSP in the form of the pipelined, the performance of the system is 25% higher than that of the processing system based on the single DSP. The system is easy to transplant other algorithms into it due to its reconfigurability.Keywords：收稿日期：引言现阶段用于数字图像处理的系统有很多种，而从成本、性能、开发难易程度等多方面的考虑，基于FPGA和DSP的灵活性高、实用性强、可靠性高的图像压缩系统脱颖而出。

DSP与FPGA实时信号处理系统介绍DSP（Digital Signal Processor）和FPGA（Field Programmable Gate Array）是数字信号处理领域中两种广泛应用的技术，它们在实时信号处理系统中有着重要的作用。

本文将分别介绍DSP和FPGA，并结合它们在实时信号处理系统中的应用，探讨它们的优势和特点。

1.DSP介绍DSP是一种专门用于数字信号处理的专用处理器。

它的主要特点是具有高性能、低成本和灵活性强。

DSP通常用于音频、视频、通信等领域的信号处理应用中，它可以实现信号的滤波、变换、编解码等处理。

DSP的结构包括数据和指令存储器、运算器、控制逻辑等部件，具有高速的浮点运算能力和多种数据处理功能。

在实时信号处理系统中，DSP的主要优势包括：-可编程性：DSP的指令集和操作模式可以根据应用需求进行定制和优化，使其适用于各种不同的信号处理算法和实时处理任务。

-高性能：DSP器件通常具有高速的运算能力和大容量的存储器，可以实现复杂的算法并实现高速的信号处理。

-低延迟：DSP通常具有低延迟的特点，适合需要实时响应的信号处理应用。

DSP在实时信号处理系统中的应用非常广泛，包括音频处理、视觉处理、通信系统等领域。

例如，在音频处理中，DSP可以用于音频编解码、音频滤波、声音增强等任务；在通信系统中，DSP可以用于信号解调、频谱分析、自适应滤波等任务。

2.FPGA介绍FPGA是一种可编程逻辑器件，它具有灵活性强、重构方便和并行处理能力强的特点。

FPGA的基本单元是可编程逻辑单元（PLU）和存储单元（BRAM），通过配置这些单元可以实现各种逻辑功能和数据处理任务。

FPGA可以实现硬件加速、并行处理和定制化功能，适用于各种复杂的数字信号处理算法和实时处理任务。

在实时信号处理系统中，FPGA的主要优势包括：-灵活性：FPGA的硬件结构可以通过重新配置来适应不同的应用需求，可以实现多种功能模块的并行处理和硬件加速。

中文题目：基于DSP和FPGA的图像处理系统设计外文题目：IMAGE PROCESSING SYSTEM DESIGN BASED ON DSP AND FPGA摘要本文研究了以TI高性能DSP为核心处理器的视频实时图像处理系统的设计原理与组成，并基于DSP + FPGA架构实现了视频图像处理系统。

本图像处理系统主要由图像采集电路、图像处理电路、显示电路以及系统软件组成。

首先经过CCD图像传感器采集复合视频信号，经过视频A/D处理器(SAA7115)转换成8 bit的数字信号，通过DMA方式存放在双口RAM中，该处理器同时还输出像素时钟信号(PCLK)，场同步(CS)、行同步(HS)、奇偶场(OE)、复合消隐信号(BLANK)。

数字信号处理器DSP(TMS320VC5501)是本处理器的核心部分，其功能是完成整个系统的图像预处理以及数据流存储时序控制等功能。

经过DSP处理后输出8 bit的数字视频信号以及像素时钟信号(PCLK)、场同步(CS)、行同步(HS)，一起送FPGA产生视频信号的时序逻辑，然后送视频D/A处理器(SAA7105H )，最后通过VGA视频接口输出。

静态双口RAM用于存储图像数据的，图像数据的读写控制时序通过DSP来实现。

视频D/A 处理器(SAA7105H)将FPGA输出的数字视频信号、像素时钟、行场同步信号合成为彩色全电视信号然后通过VGA输出。

该视频图像处理系统可以实现实时的数据视频信号的采集、处理及显示，可以应用于视频处理的相关领域。

关键字：DSP；FPGA；图像处理；电路设计；系统软件AbstractThis paper studies the system design principle and composition the of TI high performance DSP core processor for real-time video image processing , and it can achieve video image processing system based on the architecture of DSP and FPGA. The image processing system is composed of image acquisition circuit, image processing circuit, display circuit and system software.After the first CCD image sensor collect the composite video signal, the video A/D processor (SAA7115) is converted into a digital signal of 8 bit, which is stored in dual-port RAM through DMA, the processor also outputs pixel clock signal (PCLK), field synchronization(CS), synchronous (HS), parity field (OE), composite blanking signal (BLANK).DSP digital signal processor (TMS320VC5501) is the core part of this processor, its function is to complete the whole system of image preprocessing and the sequence of data storage control . After DSP treatment, the output of the 8 bit digital video signal and a pixel clock signal (PCLK). The field synchronization (CS), synchronous (HS), which is send to FPGA for producing video signals, then transmitted to the video processor D/A (SAA7105), the final output through a VGA video. Static double port RAM is used to store the image data, the timing control of image data read and writed is realized by DSP. Video D/A processor (SAA7105) compose output digital video signal, a pixel clock and field synchronization signal of FPGA into color TV signal and then output by VGA.The video image processing system can achieve real-time data of the video signal acquisition, processing and display, which can be applied for video processing related fields.Keywords:DSP;FPGA;image processing ;circuit design ;system software目录0 前言 (1)1 绪论 (2)1.1 课题的提出及研究的背景 (2)1.2 研究的目的和意义 (2)1.3 课题研究的主要内容及重点 (3)2 系统总体设计方案 (5)2.1 系统硬件原理框图设计 (5)2.2 系统主要工作模块划分及工作流程 (5)2.2.1 模块划分 (5)2.2.2 系统工作流程 (6)3 图像采集电路设计 (8)3.1 数字图像基础知识 (8)3.1.1 彩色图像空间模型的空间变换 (8)3.2 数字图像传感器V220 (9)3.3 视频解码器SAA7115及I2C控制电路 (10)3.3.1 I2C控制电路 (11)3.3.2 采集解码电路 (11)4 DSP和FPGA为核心的电路设计 (13)4.1 可编程逻辑器件FPGA及DSP处理器概述 (13)4.2 DSP外围电路设计 (14)4.2.1 DSP外部数据存储器和外部程序存储器设计 (15)4.2.2 DSP时钟电路设计 (17)4.2.3 UART接口设计 (18)4.3 以FPGA为核心的电路设计 (20)4.3.1 XC3S100E-4TQ144C管脚功能特性 (21)4.3.2 FPGA外围电路设计 (21)5 系统软件设计 (26)5.1 软件实现的总体方案 (26)5.2 DSP外部数据和程序存储器的读写时序 (28)5.3 DSP内部时钟电路配置 (31)5.4 UART初始化程序设计 (33)5.5 DSP中的I2C模块配置 (34)5.6 FPGA(XC3S100E-4TQ144C)配置模式 (36)6结论 (38)致谢 (39)参考文献 (40)附录A译文 (41)附录B外文文献 (47)附录C电源电路 (54)附录D复位电路 (56)XX大学毕业设计（论文）0 前言视频图像处理[1]作为一种重要的现代技术，己经在通信、航天航空、遥感、遥测、生物医学、军事、信息安全等领域得到广泛的应用，视频图像处理实现技术对相关领域的发展具有深远意义。

总第169期2008年第7期 舰船电子工程S hi p E lectronic Engineering V ol .28N o .7 75 基于DS P +FPGA 的双通道实时图像处理系统设计3干　戈(华中光电技术研究所　武汉　430074)摘　要　采用基于D S P +FPGA 的线性流水阵列结构实现视频图像的实时处理,其中D SP 作为系统对视频图像数据进行处理的核心,现场可编程门阵列FPGA 完成对采集的视频图像数据的预处理和交互实现了双通道视频图像的处理和目标提取的视频数字图像处理,介绍该视频图像处理系统的硬件组成、工作原理和视频跟踪算法的应用。

关键词　双通道;数字图像处理;TM S320DM 642;FPGA 中图分类号　T P391.41D esign and I mp lem entation of 2-Channel D ig ital I m age ProcessingSyste m Based on DSP +FPGA A r ch itectureG an G e(H uazhong Instit ute of E lec tro -O p tics,W uhan 430074)A b s tra c t The rea l -ti m e digital i m age p rocessing system a re p resented based on D SP +FPGA architecture .The real -ti m e digita l i m age process DS P (digita l signal processor )syste m is discussed ,w hich is high -speed i nte lligent and p rogramm a 2ble .I m age preprocessing and da t a transfe r a re achi eved by f i e ld p rogramm able ga t e a rray FPGA.It proved to be a re liable and ef 2fective for the request of system basicall y .Ke y w o rd s 2-channel ,d i gital i m age p rocess ,T M S320DM 642,FPGA C l a s s N um be r TP391.411　引言实时图像处理技术在过去的十年时间里得到了突飞猛进的发展,为目标跟踪、自动导航、安全监控、公共交通管理等应用领域提供了有效可靠的技术保证和高性价比的解决方案[1]。