基于FPGA的CMOS摄像驱动设计

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利用FPGA设计万兆网络摄像头

利用FPGA设计万兆网络摄像头摘要: 随着网络技术的飞速发展，安防领域的需求不断提升，网络摄像头越来越多的被应用在各个领域，传统的网络摄像头多采用硬件、操作系统、软件的形式实现，在一些持续性的不间断的场景下可尝试纯硬件结构设计。

本设计采用以FPGA为核心器件，将图像的采集算法、UDP协议传输，通过VHDL语言和Vivado集成开发环境完成顶层文件、COMS控制、FIFO控制、UDP发送、参数配置等模块的设计并进行时序测试等工作，实现以FPGA为核心元器件的硬件式万兆以太网络摄像头的设计。

其并行运算模式大大提升了数据处理速度，硬件电路设计大大提高了稳定性与安全性。

关键词：FPGA 网络摄像头 VHDL语言 UDP协议一、FPGA与其内部结构FPGA通常来说全称为现场可编程门阵列，该芯片实则是在传统的逻辑电路以及门阵列之中开拓而来。

该芯片与ASIC有差异的是，前者实则为半定制的传统电路，该芯片的功能可依靠重复编程以实现所需要的功能，同时在该芯片内部蕴含数量巨大的可编程逻辑器件以及布线资源[1]。

该芯片内涵含有逻辑模块、IO模块以及由内部的连线组建而成的基本逻辑模块阵列，这也是该芯片内的基础单元。

该芯片逻辑功能可以依靠芯片内部的查找表以此实现其预期功能。

触发器可以连接并驱动其他的逻辑电路从而实现各式各样的组合电路和时序电路功能。

二、VHDL语言VHDL语言于上世纪80年代后期开发，是一种电路设计的高级语言。

该语言全称为超高速集成电路硬件描述语言，通常来说大部分应用于数字电路领域。

当实体模块的内外部预期功能开发结束后，其余部分的功能需求设计均可以直接调用该模块。

这是使用该语言进行程序设计的一个独有特点，该特点与模块组合的概念雷同[2]。

该语言可依靠自身的科学语言架构以及其语言代码以实现对预期功能的设计。

通过对实体模块的选用，预期功能的详细描述，最终可以完成电路级描述的设计。

该语言的设计形式多种多样，用户可选择自下而上的程序设计流程，亦可以选择自上而下的设计流程；可完成同步异步的电路流程设计。

基于FPGA的MIPI CSI-2图像采集系统设计

基于FPGA的MIPI CSI-2图像采集系统设计赵清壮【摘要】This paper elaborates a design of MIPI CSI-2 high-definition camera interface image acquisition system based on FPGA. Now, MIPI high-definition CCD is used widely, this design uses FPGA to achieve MIPI high-definition CCD collect and provides two outputs of LCD screen and USB, the data transmission is stable and reliable, it make MIPI interface camera applied widely by the other circuit systems, accelerates system development and saves cost.%阐述一种基于FPGA的MIPI CSI-2接口高清摄像头图像采集系统设计，该设计用FPGA实现当前应用广泛的MIPI高清CCD采集，并提供LCD屏、USB两路输出，数据传输稳定可靠，把MIPI接口摄像头应用到更广泛的其他电路系统中，加快系统开发，节省成本。

【期刊名称】《价值工程》【年(卷),期】2015(000)029【总页数】2页(P84-85)【关键词】MIPI;CSI-2;图像采集;FPGA【作者】赵清壮【作者单位】广州飒特红外特股份有限公司，广州510000【正文语种】中文【中图分类】TP302.10 引言CSI（Camera Serial Interface)是由MIPI（Mobile Industry Processor Interface）联盟下Camera工作组制定的接口标准，是MIPI联盟发起的为移动应用处理器制定的开放标准，MIPI联盟由ARM、诺基亚、意法半导体和德州仪器发起成立，作为移动行业领导者的合作组织，MIPI联盟旨在确定并推动移动应用处理器接口的开放性标准。

基于FPGA的一体化实时图像采集系统设计

能力强等优点使其在成像领域得到了广泛的应用和发展ｆｌ，成为现代光电子学中最活跃、最具
快速采样、存储及图像数据处理就显得尤为必要。传统的使用单片机作为控制器对数据进行间
ＢａｓｅｄｏｎＣＭＯＳｉｍａｇｅｓｅｎｓｏｒ，ｏｎｅＦｉｅｌｄＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＧａｔｅＡｒｒａｙ（ＦＰＧＡ）ｉｓｃｈｏｓｅｎａｓｔｈｅ
７２６０００）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｏｂｔａｉｎｒｅａｌ－ｔｉｍｅａｎｄｐｒｅｃｉｓｉｏｎｉｍａｇｅｆｒｏｍＣＭＯＳｉｍａｇｅｓｅｎｓｏｒ，ａｎｉｍｐｒｏｖｅｄｒｅａｌ－ｔｉｍｅｄａｔａａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｃｏｍｂｉｎａｔｉ刘萌
（商洛学院物理与电子信息工程系，陕西商洛７２６０００）
摘要：为了通过ＣＭＯＳ图像探测器实时准确的获取图像。设计了一套基于ＦＰＧＡ结合ＳＤＲＡＭ
的实时图像采集系统。根据ＣＭＯＳ图像探测器输出图像格式的特点，选用了一片Ｘｉｌｉｎｘ公司
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＣＭＯＳｉｍａｇｅｓｅｎｓｏｒ；ＦＰＧＡ；ｐｉｎｇ — ｐｏｎｇｏｐｅｒａｔｉｏｎ；ＳＤＲＡＭ

基于FPGA和USB3.0的高速视频图像采集处理系统设计

摘要随着机器视觉的广泛应用，以及工业4.0和“中国制造2025”的提出，在数字图像的采集、传输、处理等领域也提出了越来越高的要求。

传统的基于ISA接口、PCI接口、串行和并行等接口的图像采集卡已经不能满足人们对于高分辨率、实时性的图像采集的需求了。

一种基于FPGA和USB3.0高速接口，进行实时高速图像采集传输的研究越来越成为国内外在高速图像采集研究领域的一个新的热点。

针对高速传输和实时传输这两点要求，通过采用FPGA作为核心控制芯片与USB3.0高速接口协调工作的架构，实现高帧率、高分辨率、实时性的高速图像的采集和传输，并由上位机进行可视化操作和数据的保存。

整体系统采用先硬件后软件的设计方式进行设计，并对系统各模块进行了测试和仿真验证。

通过在FPGA 内部实现滤波和边缘检测等图像预处理操作，验证了FPGA独特的并行数据处理方式在信号及图像处理方面的巨大优势。

在系统硬件设计部分，采用OV5640传感器作为采集前端，选用Altera的Cyclone IV E系列FPGA作为系统控制芯片，由DDR2存储芯片进行数据缓存，采用Cypress公司的USB3.0集成型USB3.0芯片作为数据高速接口，完成了各模块的电路设计和采集卡PCB实物制作。

系统软件设计，主要分为FPGA逻辑程序部分、USB3.0固件程序部分和上位机应用软件部分。

通过在FPGA上搭建“软核”的方式，由Qsys系统完成OV5640的配置和初始化工作。

由GPIF II接口完成FPGA和FX3之间的数据通路。

通过编写状态机完成Slave FIFO的时序控制，在Eclipse中完成USB3.0固件程序的设计和开发。

上位机采用VS2013软件通过MFC方式设计，从而完成整体图像采集数据通路，并在上位机中显示和保存。

整体设计实现预期要求，各模块功能正常，USB3.0传输速度稳定在320MB/s，通过上位机保存至PC机硬盘的图像分辨率大小为1920*1080，与传感器寄存器设置一致，采集卡图像采集帧率为30fps，滤波及边缘检测预处理符合要求，采集系统具有实际应用价值和研究意义。

(整理)基于FPGA的面阵CCD驱动电路的设计.

基于FPGA的面阵CCD驱动电路的设计作者：时间：2010-05-05 来源:电子产品世界0 引言CCD(Charge Coupled Devices)电荷耦合器件是20世纪70年代初发展起来的新型半导体集成光电器件。

近30年来，CCD器件及其应用技术的研究取得飞速进展，特别是在图像传感和非接触测量领域的发展尤为迅速，它具有噪声低、光谱响应宽、精度和灵敏度高、可靠性好等优点。

CCD 成像系统主要由光学系统、驱动电路、信号处理电路和图像处理电路组成。

本文主要介绍CCD传感器驱动电路的设计，包括驱动时序产生电路、电源变换电路和驱动器电路。

其中，驱动时序产生电路向CCD传感器提供正常工作所需要的各种时序脉冲；电源变换电路向CCD提供正常工作时所需的各种直流偏置电压；驱动器电路用来提高驱动时序的驱动能力。

l CCD驱动时序电路的要求及实现1．1 CCD图像传感器TH7888ACCD图像传感器采用ATMEL公司的TH7888A。

它是一种高性能的帧转移面阵CCD器件，提供单路和双路两种输出方式，输出数据速率可达40 MHz，每秒30帧图像。

TH7888A具有较低的暗电流及像元读出噪声，可用电子快门来调节曝光时间，性能优异。

TH7888A由感光区，存储区和水平移位寄存器构成，有效像元数为1 024×1 024个。

CCD的一个工作周期可分为两个阶段：光积分阶段和电荷转移阶段。

光积分阶段进行感光阵列的电荷积累，存储区到转移寄存器的电荷转移(行逆程)以及转移寄存器向输出放大器的电荷输出(行正程)；转移阶段主要进行帧转移，即将感光区的光积分电荷转移至存储区。

要完成如上功能就要给CCD提供严格的驱动时序时钟。

TH7888A的各驱动时序关系如图1所示。

图1中，φPA为帧时钟，高电平时为光积分阶段，低电平时为电荷转移阶段。

φP1～φP4为帧转移脉冲，在光积分阶段时不变，在电荷转移阶段时同行转移控制信号φM1～φM4一起完成整帧的转移。

基于FPGA的自动调焦电路设计与实现(含PCB图)--毕业设计

h哈尔滨工程大学本科生毕业论文基于FPGA的自动调焦电路设计与实现院（系）：信息与通信工程学院专业：电子信息工程学号：学生姓名：指导教师：副教授2009年6月hh摘要随着超大规模集成电路的发展以及现代光学仪器设备在智能化、简便化方面的突破，令数字光学设备迅速普及。

数字信号处理理论的成熟与发展使得基于数字信号处理方式的自动调焦成为可能。

本设计使用FPGA作为数字信号处理与系统控制的核心器件。

将由摄像头输入的模拟电视信号转换为数字电视信号；经过FPGA处理后再将其转换为模拟电视信号输出，并由电视机显示；同时FPGA控制电机的进退实现自动调焦。

系统硬件部分以FPGA为核心，搭载输入视频处理器SAA7111AHZ与数字视频编码器SAA7120以及RAM等其他附属电路。

系统软件部分使用I2C总线实现对输入视频处理器和数字视频编码器的初始化，实现PAL制式模拟电视信号-YUV 数字电视信号-PAL制式模拟电视信号的转换，并使用电视机将其输出。

根据复合视频图像信号的相关原理，对输入视频的中心区域进行灰度熵值的运算，并控制电机的转动方向以阈值法实现自动调焦。

在本设计中，完成了相关的软件和硬件设计，并经过调试后，能够实现较好效果的自动调焦。

关键词：FPGA；灰度熵；输入视频处理器；数字视频编码器hhABSTRACTThe digtal optical equipments become popular,with the development of very-large-scale integrated circuits and the major breakthrough of the modern optical equipments in intelligentizating and facilitating process. The automatic focusing which based on digital signal processing can be realized.In this desgin, FPGA is the key component of digital signal processing and system control.Firstly, an analog TV signal captured by the camera is transformed to a digital TV signal; and then the digtal TV signal is processed by FPGA and finally it is transformed to an analog TV signal output; at the same time, the automatic focusing is realized by the motor controled by FPGA.In the hardware part of the system,FPGA is used as the key component,with accessory circuit such as video input processor, digital video encoder and so on.In the software part, the video input processor and digital video encoder is initialized throgh the I2C bus in order to realize the interconversion of PAL standard analog TV signals and YUV digital TV signals ,which are the output of monitor. According to the theory of composite video signal,the system selects the center part of the input video and calculates its gray region entropy , then control the motor rotation to realize automatic focusing using the thresholding method.hhIn this design, the relevant software and hardware are completed, and can bring automatic focusing into effect well after testing .Key words:FPGA;Gray entropy; Video Input Processor; Digital Video Encoder目hhh 录第1章绪论 (1)1.1 课题背景和意义 (1)1.2 国内外研究现状 (2)1.2.1 概述 (2)1.2.2 国外研究现状 (3)1.2.3 国内研究现状 (4)1.3 主要研究内容 (5)第2章自动调焦系统相关理论 (6)2.1 复合视频图像信号 (6)2.1.1 电视扫描原理 (6)2.1.2 复合视频图像信号的组成 (6)2.1.3 复合视频图像信号主要制式 (8)2.2 I2C总线 (9)2.2.1 概述 (9)2.2.2 I2C总线的主要特点 (10)2.2.3 I2C总线的工作状态及时序 (11)2.3 自动调焦的几种主要方法 (13)2.3.1 测距方法 (13)2.3.2 聚焦检测方法 (14)2.4 基于灰度熵值法的自动调焦算法 (15)2.4.1 灰度熵值提取算法 (15)2.4.2 阈值判断算法 (15)2.5 本章小结 (16)第3章自动调焦系统的硬件设计 (17)3.1 总体方案 (17)3.2 FPGA最小系统 (18)h3.2.1 芯片简介 (18)3.2.2 FPGA的配置 (20)3.3 视频输入处理器及系统 (22)3.3.1 SAA7111AHZ芯片简介 (22)3.3.2 SAA7111AHZ的应用电路 (23)3.4 视频输出处理器及系统 (25)3.4.1 SAA7120芯片简介 (25)3.4.2 SAA7120的应用电路 (26)3.5 其他电路设计 (27)3.5.1 电源电路 (28)3.5.2 外置RAM电路 (28)3.5.3 串口电路 (28)3.5.4 LED指示灯电路 (29)3.6 电路系统的PCB设计 (29)3.7 本章小结 (30)第4章自动调焦系统程序设计 (32)4.1 编程环境 (32)4.1.1 VHDL硬件描述语言特点 (32)4.1.2 VHDL的设计流程 (33)4.1.3 编译环境QuartusII的设计特点 (34)4.1.4 QuartusII开发软件的设计流程 (35)4.2 软件设计总体流程 (36)4.3 视频转换芯片的初始化 (36)4.3.1 I2C总线设计 (37)4.3.2 视频转换芯片的初始化寄存器设置 (37)4.4 自动调焦算法的编程实现 (41)4.5 本章小结 (44)hh第5章系统仿真、调试与性能分析 (45)5.1 系统仿真结果 (45)5.2 系统调试 (46)5.3 系统性能分析 (49)5.4 本章小结 (49)结论 (51)参考文献 (52)致谢 (55)hh第1章绪论1.1课题背景和意义自动调焦，又称为自动对焦、自动聚焦。

基于FPGA的CCD传感器驱动电路设计

基于FPGA的CCD传感器驱动电路设计摘要：对CCD图像采集系统工作原理进行研究并进行驱动电路设计，针对SONY 公司的ICX625AQA帧行间转移双通道CCD，对其工作原理和驱动时序进行详细分析，选用现场可编程阵列（FPGA）为主控单元，采用verilog 硬件描述语言进行驱动程序设计，结合AD9974和CXD3400构建硬件电路，提供高质量低干扰水平和垂直驱动信号，前者同时集成了14位高速AD，进行CCD输出信号模拟前端处理。

关键词：行间转移；FPGA；双输出通道；CCD；电荷耦合器件（CCD）其以高灵敏度、大动态范围、低噪声、功耗低和采样速度快等特点，逐渐成为现代测试技术中活跃的传感器，广泛应用于高精度测量、空间遥感和机器人视觉等领域。

CCD的驱动时序产生方法主要有四种：直接数字电路（IC）驱动法、单片机驱动法、EPROM驱动法和可编程逻辑器件法等。

其中，EPROM驱动法结构简单调试便捷但结构尺寸较大；现场可编程逻辑阵列（FPGA）简单来说就是可反复编程的逻辑器件，在设计完成后可根据需要很方便地对设计进行改进、更新和维护。

采用FPGA进行CCD驱动开发其具有高集成度、高可靠度、短开发周期和调试灵活方便等优势。

1 ICX625AQA结构及特点ICX625AQA是SONY公司的一款行间转移面阵彩色传感器，总像素2536（H）×2068（V），约5.24M像素，其中有效像素2456（H）×2058（V），约5.05M像素，像元尺寸3.45µm（H）×3.45µm（V），有效成像面积86.391mm2。

ICX625AQA具有双输出通道，三种工作模式：全像素扫描输出、4/16行读出和中心扫描输出模式，采用全像素扫描输出模式帧频可达到15帧/秒。

由于采用了SONY公司的Super-HAD CCD技术，具有高灵敏度和低暗电流噪声的有点，同时采用电子快门便于进行曝光时间控制。

基于FPGA的CMOS图像采集系统设计

（）２采集图像时序的实现。当０７４Ｖ６９的视
ＤＰＳ模块等整个系统的胶合作用，是整个系统中开发难度最大的部分。系统的框图如图１所示。
ＡＳＰ模块采用选用ＣＯＭＳ图像传感器芯片０７４。ＳＭ芯片选用ＩＳ公司静态随机存储Ｖ６９ＲＡＳＩ
ＣＯ工艺静态随机存储器。ＭＳ整个系统的主控芯片采用ＸＬＮ的ＦＧ，ＰＡ有着丰富的逻辑ＩＩＸＰＡＦＧ门和ＩＯ引脚，ＰＡ作为采样控制芯片，ＦＧ其主要作用是产生ＳＣＣＢ总线来配置内部寄存器，控制０７４输出的视频数据在ＳＭ中的存储，Ｖ６９ＡＲ这
维普资讯
第３期
２００７年９月
电
光
系统
Ｎｏ３．Ａｕ．２０ｇ０７
ＥｅｔｎｃａｄＥｅｔｏｏｔａｙｔｍｓｌｃｒｉｎｌｃｒ－ｐｉｌＳｓｏｃｅ
基于ＦＧＰＡ的ＣＳ图像采集系统设计ＭＯ
ＣＯＭＳ图像传感器是近年发展较快的新型图像传感器，当前图像传感器市场，ＭＳ在ＣＯ传感器以其低廉的价格得到越来越多消费者的青睐。由于采用了相同的ＣＯ技术，ＭＳ因此可以将像素阵列与外围支持电路集成在同一块芯片上。ＣＯＭＳ图像传感器将整个图像系统集成在一块芯片上，具有以下优点：体积小、重量轻、功耗低、编程方便、易于控制、平均成本低。在目的应用中，前多数采用软件进行数据的
样就可以让ＤＰ集中于图像的处理工作．Ｓ概括地讲，它主要包括如下几个逻辑控制功能：

基于FPGA的双通道CMOS图像采集系统设计

ｐｒｏａｅｅｒｎｃｆｍ
０引言
整个系统的可靠性。同时，用２片大容量的ＳＲＭ以采ＤＡ
目前，越来越多的图像采集系统采用ＣＳ图像传感ＭＯ
器 …作为图像采集器件。随着集成电路设计技术的不断提高，ＭＯＣＳ图像传感器的采集速度不断增大。在实际应用中，传统的单通道数据传输方式和单片机实现的图像处理系统已经远远无法满足设计要求，须采用新的数据必传输方式和设计方法来实现图像采集、传输和存储功能。
本文设计了一种以ＦＧ芯片为核心处理器的双通道ＰＡ
乒乓操作的方式进行数据存储，保证能够实时地接收图像
传感器产生的图像数据。经综合分析和考虑，ＰＡ采用ＡｅＦＧｈｒａ的ＣｃｎｙｌｅｏＥ２３Ｆ８Ｃ视频采集芯片用飞利浦的ＳＡ１３２块型ＰＣ５４４８，Ａ７１，号为ＫＳ４２的ＳＲＭ和ＦＧ４６３ＤＡＰＡ构成图像帧存储与传输
ＡｂｔａｔＲｅｌｔｒｃｓｉｇｏｇｓｕｕｌｏｔ — ｅｋｉｍｂｄｅｍａｅｐｏｅｓｎｙｔｍ．ａｉｇｓｒｃ：ａ — ｍｅｐｏｅｓｎｆｉｅｉｓａｌａｂｔｅｎｃｎｅｅｄｄｉｇｒｃｓｉｇｓｓｉｍａｙｌｅＴｋｎ
ｔｅａｖｎａｅｏａａｅｐｏｅｓｇａｆｌｐｏｒａｌｇｔａｒ（ＰＡ）ｂｓｄＣＳｉｇｃｕｉｏｈｄａｔｆｐｒｌｌｒｃｓｉ，ｅｒｇａｇｌｎｉｄｍｍｂａｒｙＦＧｅｅａａｅＭＯｍａｅａｑｉｔｎｓｉｓｓｍｉｄｓｎｄＴｅｍｄｌｓｕｔｅｄｓｎｆｓｉｆｓｏｔＦＦｙｔｅｉｅ．ｈｏｕｒｃｒｅｉ，ｒｔｎｉｔｕ（ＩＯ）ａｄｐｎ—ａｇｓｒｃｎｌｅｒｕｅｅｓｇｅｔｕｇｉｒｎｉｇｐｎｏｔｈｏｇｓｅｓｄｔｅｅｏｉａ

基于FPGA的低照度CMOS的图像处理与检测技术研究

基于FPGA的低照度CMOS的图像处理与检测技术研究摘要随着时代的不断发展，人们对图像处理和检测技术的需求量不断的增大，基于FPGA的运动目标检测技术是其重要的组成部分，成为研究的热点。

本课题设计了一种基于FPGA的低照度CMOS运动目标检测系统。

30639本文首先阐述了运动目标检测的几种方法，低照度CMOS的研究意义及其研究现状，本文研究的背景和研究的内容。

接着详细介绍了本课题所用到的软硬件平台，主要包括低照度CMOS摄像头，FPGA开发板，显示器，电源以及所用到的软件平台。

最后在搭建好的的运动目标检测的硬件平台的基础上进行视频信号的AD和DA转化并且运用背景相减法进行目标检测。

具体工作如下：首先，通过对图像格式进行分析，运用verilog编程并运用signaltap进行调试，并成功视频信号的接收和发送。

接着，对SRAM的读写进行编程和调试，实现存储背景信息；最后，运用背景相减法，进行图像检测和处理。

关键词运动目标检测 Quartus II 数模转换模数转换低照度CMOS 背景相减法毕业设计说明书（毕业论文）外文摘要Title Based on the FPGA low illumination CMOS imageprocessing and detection technology research AbstractIt is constantly increasing of image processing and detecting technology with the development of the time. The night moving targets detection based on FPGA technology is an important part of this technology and become research hot spot.And the moving target detection technology has been widely used in military, traffic, security monitoring,etc.Therefore, research on moving target detection invested a lot of manpower and material resources at home and abroad.This topic has designed a kind of low illumination CMOS motion target detection system based on FPGA.源自First ,this article expounds the moving target detection and low illumination CMOS research significance and research status.Second then this topic by using the software and hardware platform is introduced, mainly including low illumination CMOS camera, the FPGA development board, display, power supply, etc.It achieves the goal of frame differential method detection method on the basis of the existingmotion target detection.Finally, through the analysis of the moving object, and using verilog programming, realizing the collection of the signal, processing and output.the video acquisition based on FPGA, display and the goal of sports into the alarm function.Keywords moving object detection Quartus IIdigital-to-analogue conversion Frame Difference analog-digital conversion low-light-level CMOS 目次1 绪论 11.1 运动目标检测的研究意义以及研究现状 11.2 低照度CMOS的研究意义及研究现状 11.2.1 国外低照度CMOS发展现状 21.2.2 国内低照度CMOS发展现状 31.2.3 低照度CMOS的发展条件及趋势 41.3 本课题的研究背景 51.4 本课题的工作内容 52 低照度CMOS图像处理软硬件平台 62.1 低照度CMOS图像处理硬件平台主要构成 62.1.1 FPGA开发板系统组成 6 :2.1.2 低照度CMOS的技术指标 82.1.3 PAL制信号 92.1.4 显示器 122.1.5 6V稳压电源 122.2 低照度CMOS图像处理软件平台 122.2.1 Quartus II 122.2.2 verilog硬件描述语言 132.3本章小结 133 算法设计与实现 143.1 图像检测系统设计及编程实现 143.1.1 TVP5150进行图像视频的采集 143.1.2 SRAM的读写控制 173.1.3 信号的处理和报警控制 203.1.4 ADV7123进行图像的输出显示 233.1.5 各模块的连接与总程序编写 263.2 实验的步骤和功能的实现 273.2.1 各部分之间的连接 273.2.2 CMOS相机的检测 283.2.3 实现接收和发送模块 283.2.4 实现SRAM的接收存储 293.2.5 实现SRAM读出和监控报警的功能 29 3.3 本章小结 29结论 30致谢 31参考文献321 绪论1.1 运动目标检测的研究意义以及研究现状1.2 低照度CMOS的研究意义及研究现状1.2.1 国外低照度CMOS发展现状1.2.2 国内低照度CMOS发展现状1.2.3 低照度CMOS的发展条件及趋势由于CMOS具有体积小，速度快等优势，才使得它可以随着安防行业网络化的浪潮成为高清IPC的首选方案，打破了CCD在模拟时代的垄断地位。

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基于FPGA的CMOS摄像驱动设计目录第1章绪论41.1FPGA国内外现状及发展趋势 (4)1.2 FPGA的原理以及与单片机相比的优点 (5)1.3 FPGA作为RAM (6)第2章系统方案 (7)2.1 FPGA开发环境 (7)2.2 图像采集 (7)2.2.1 图像传感器 (8)2.2.3 图像采集系统 (8)2.3 数据接口设计 (9)第3章系统硬件设计 (10)3.1 图像传感器 (10)3.1.1 CCD与CMOS (10)3.1.2 CCD/CMOS工作原理 (12)3.1.3 CMOS集成电路特点 (13)3.1.4 通过SCCB 总线设置OV7670 的帧频 (15)3.1.5 图像数据的采集 (16)3.2 OV7670 (17)3.3 OV7670与FPGA的接口电路 (19)3.4 SCCB总线 (19)3.5 SRAM与FPGA的接口电路 (21)第4章系统软件设计 (23)4.1 现场可编程门阵列器件 (23)4.2 CMOS寄存器配置时序的VHDL描述 (23)4.3 系统软件 (23)4.3.1 初始化 (23)4.3.2 接收数据 (24)第1章绪论视频图像采集是视频信号处理系统的前端部分，正在向高速、高分辨率、高集成化、高可靠性方向发展。

图像采集系统在当今工业、军事、医学各个领域都有着极其广泛的应用，如使用在远程监控、安防、远程抄表、可视电话、工业控制、图像模式识别、医疗器械等各个领域都有着广泛的应用。

本文介绍了一种基于FPGA 的图像采集系统，用户可以根据需要对FPGA 内部的逻辑模块和I/O模块重新配置,以实现系统的重构；而且采用这种设计方案,便于及时地发现设计中的错误,能够有效地缩短研发时间，提高工作效率。

1.1FPGA国内外现状及发展趋势经过70年的不断发展,FPGA已由当初的1200门发展成为今天的百万门级。

通过不断更新优化产品架构和生产工艺,实现了更多的逻辑单元、更高的性能、更低的单位成本和功耗。

FPGA（现场可编程逻辑器件）产品的应用领域已经从原来的通信扩展到消费电子、汽车电子、工业控制、测试测量等广泛的领域。

而应用的变化也使FPGA产品近几年的演进趋势越来越明显：一方面，FPGA供应商致力于采用当前最先进的工艺来提升产品的性能，降低产品的成本；另一方面，越来越多的通用IP（知识产权）或客户定制IP被引入FPGA中，以满足客户产品快速上市的要求。

此外，FPGA企业都在大力降低产品的功耗，满足业界越来越苛刻的低功耗需求。

第一时间采用新工艺提升性能降低成本:半导体产品的集成度和成本一直在按照摩尔定律演进。

在这方面，作为半导体产品的重要一支——可编程逻辑器件也不例外。

最先进的半导体工艺几乎都会在第一时间被应用在FPGA产品上。

而每一次工艺升级带来的优势，都会在产品的功耗、最高运行频率、容量以及成本上得到体现。

引入更多通用和定制IP向解决方案供应商转变:近5年来，FPGA的应用已经从过去通信基础设备这一非常窄的领域迅速扩展到了今天非常广泛的应用领域。

在许多新兴和快速成长的市场上，FPGA作为核心器件而被广泛采用。

无线通信、工业、科学及测量、医疗设备、音视频广播、汽车、计算、存储应用和快速发展的消费品市场，都成为FPGA业务发展的重点领域。

在这种情况下，FPGA企业也开始了相应的转型，以适应新的发展需求。

采用各种技术路线争做低功耗之王:电池供电应用的迅猛增长刺激了全球市场对低功耗半导体的需求。

今天，系统设计人员面对更加严格的系统总体功耗限制。

与此同时，这类应用所要求的功能、性能和复杂度也在增加，但却不能以增加电池为代价。

为此，原来在功耗指标上并不占优的FPGA产品开始采用各种新技术来降低和优化功耗。

1.2 FPGA的原理以及与单片机相比的优点FPGA (Field Programmable Gate Arra : 现场可编程门阵列)是在PAL、GAL、PLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物，是专用集成电路（ASIC）中集成度最高的一种。

FPGA采用了逻辑单元阵列LCA（Logic Cell Array）这样一个新概念，内部包括可配置逻辑模块CLB（Configurable Logic Block）、输出输入模块IOB（Input Output Block）和内部连线（Interconnect）三个部分。

用户可对FPGA内部的逻辑模块和I/O模块重新配置，以实现用户的逻辑。

它还具有静态可重复编程和动态在系统重构的特性，使得硬件的功能可以像软件一样通过编程来修改。

作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路，FPGA既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

可以毫不夸张的讲，FPGA能完成任何数字器件的功能，上至高性能CPU,下至简单的74电路，都可以用FPGA来实现。

FPGA 如同一张白纸或是一堆积木，工程师可以通过传统的原理图输入法，或是硬件描述语言自的设计一个数字系统。

通过软件仿真，我们可以事先验证设计的正确性。

在PCB完成以后，还可以利用FPGA的在线修改能力，随时修改设计而不必改动硬件电路。

使用FPGA来开发数字电路，可以大大缩短设计时间，减少PCB面积，提高系统的可靠性。

FPGA是由存放在片内RAM中的程序来设置其工作状态的，因此工作时需要对片内的RAM 进行编程。

用户可以根据不同的配置模式，采用不同的编程方式。

加电时，FPGA芯片将EPROM中数据读入片内编程RAM中，配置完成后，FPGA进入工作状态。

掉电后，FPGA恢复成白片，内部逻辑关系消失，因此，FPGA能够反复使用。

FPGA的编程无须专用的FPGA编程器，只须用通用的EPROM、PROM编程器即可。

当需要修改FPGA功能时，只需换一片EPROM即可。

这样，同一片FPGA，不同的编程数据，可以产生不同的电路功能。

因此，FPGA 的使用非常灵活。

可以说，FPGA芯片是小批量系统提高系统集成度、可靠性的最佳选择之一。

与单片机相比，FPGA具有以下优点：1),FPGA运行速度快：FPGA内部集成锁项环,可以把外部时钟倍频,核心频率可以到几百M,而单片机运行速度低的多.在高速场合,单片机无法代替FPGA。

2),FPGA管脚多,容易实现大规模系统：单片机IO口有限,而FPGA动辄数百IO,可以方便连接外设.比如一个系统有多路AD,DA,单片机要进行仔细的资源分配,总线隔离,而FPGA由于丰富的IO资源,可以很容易用不同IO连接各外设。

3),FPGA内部程序并行运行,有处理更复杂功能的能力：单片机程序是串行执行的,执行完一条才能执行下一条,在处理突发事件时只能调用有限的中断资源;而FPGA不同逻辑可以并行执行,可以同时处理不同任务,这就导致了FPGA工作更有效率。

4),FPGA有大量软核,可以方便进行二次开发：FPGA甚至包含单片机和DSP软核,并且IO数仅受FPGA自身IO限制,所以,FPGA又是单片机和DSP的超集,也就是说,单片机和DSP能实现的功能,FPGA一般都能实现。

1.3 FPGA作为RAM查找表(Look-Up-Table) 简称为LUT，LUT 本质上就是一个RAM。

目前FPGA 中多使用4 输入的LUT，所以每一个LUT 可以看成一个有4 位地址线的RAM。

当用户通过原理图或HDL 语言描述了一个逻辑电路以后，PLD/FPGA 开发软件会自动计算逻辑电路的所有可能结果，并把真值表( 即结果) 事先写入RAM，这样，每输入一个信号进行逻辑运算就等于输入一个地址进行查表，找出地址对应的内容，然后输出即可。

从表中可以看到，LUT 具有和逻辑电路相同的功能。

实际上，LUT 具有更快的执行速度和更大的规模。

由于基于LUT 的FPGA 具有很高的集成度，其器件密度从数万门到数千万门不等，可以完成极其复杂的时序与逻辑组合逻辑电路功能，所以适用于高速、高密度的高端数字逻辑电路设计领域。

第2章系统方案2.1 FPGA开发环境数字电子领域中三种基本的器件类型为：存储器件、微处理器和逻辑器件。

其中逻辑器件可分为两大类，即固定逻辑器件和可编程逻辑器件。

固定逻辑器件中的电路是永久性的，用于完成一种或一组功能。

在可编程逻辑器件中，可以在任何时候对此类器件进行修改，以完成多种不同的功能。

可编程逻辑器件的两个主要类型是：现场可编程门阵列(FPGA)和复杂可编程逻辑器件(CPLD)，与CPLD相比，FPGA 可提供更高的逻辑密度、更丰富的特性和更高的性能。

可编程逻辑器件与固定逻辑器件相比，其优点主要包括以下几个方面：(1)在设计过程中为客户提供了更大的灵活性，因为对于可编程逻辑器件来说，设计反复只需要简单地改变编程文件就可以了，而且设计改变的结果可立即在工作器件中看到；(2)不需要漫长的前置时间来制造原型或正式产品，因为可编程逻辑器件已经十分活跃于市场中，购买方便；(3)不需要客户支付高昂的一次性工程费用(Non．Recurdng Enginneering,M迎)和购买昂贵的掩膜组，因为可以在同一个芯片中重复编程，实现不同的功能，这样便可延长产品的使用周期，从而分摊购买芯片时所花的成本；(4)允许客户在需要时仅定购所需要的数量，从而使客户可控库存；(5)可以进行重新编程，有了可编程逻辑器件之后，对于设备新功能的增加和升级，只需要将新的编程文件下载到可编程逻辑器件中，就可以在系统创建新的硬件逻辑；(6)有越来越多的知识产权(口)核心库的支持。

用户可以利用这些预定义和预测试的软件模块在可编程逻辑器件内迅速实现系统功能。

可编程逻辑器件的价值在于其能够大大缩短电子产品制造商的开发周期，节约开发成本，随着可编程逻辑器件集成度的提高，成本的降低，更多口核的面市，可编程逻辑器件一定会在数字设计领域进一步普及。

2.2 图像采集2.2.1 图像传感器COMS图像传感器是近几年发展较快的新型图像传感器，由于采用了相同COMS技术，因此可以将像素阵列与外围支持电路集成在同一块芯片上，是一个完整的图像系统。

图像传感器，体积小、工作电压低，提供单片VGA摄像头和影像处理器的所有功能。

通过SCCB 总线控制，可以输出整帧、子采样、取窗口等方式的各种分辨率8位影响数据。

该产品VGA图像最高达到30帧/秒。

用户可以完全控制图像质量、数据格式和传输方式。

所有图像处理功能过程包括伽玛曲线、白平衡、饱和度、色度等都可以通过SCCB接口编程。

OmmiVision 图像传感器应用独有的传感器技术，通过减少或消除光学或电子缺陷如固定图案噪声、托尾、浮散等，提高图像质量，得到清晰的稳定的彩色图像。

图像采集卡是常用的图像输入设备，通常占用PC机总线的一个插槽。

它主要包括图像存储器单元、CMOS摄像头接口、PC机总线接口等。