基于ARM和FPGA的嵌入式高速圖像采集存儲系統

3 系統的工作原理及實現
3．1 FPGA圖像采集及暫存的實現
系統上電后，FPGA首先通過I2C總線對視頻采集模塊(SAA7113H)進行初始化，以確定其工作模式。初始化結束后，等待圖像采集命令。當接收到FPGA發出的圖像采集命令時，視頻采集模塊開始工作，FPGA依靠像素時鐘和行場同步信號采集灰度圖像。由于SAA7113H輸出的灰度圖像是8位的，而外部的SRAM是16位的，因此在FPGA中必須對采集到的灰度圖像進行處理，將兩個字節的數據組合，一起輸出到外部SRAM中。一幀圖像采集結束后，SAA7113H停止圖像采集，等待下一次的采集命令。
3．2 FPGA與ARM的數據交換
為了實現圖像數據的實時采集與處理，應使圖像數據的采集與外部圖像數據的讀取同時進行。因此本系統采用雙SRAM緩存結構。這樣，在同一時刻，一片可用于存儲圖像數據，另一片可用于外部ARM對圖像數據的讀取。兩塊SRAM存儲區乒乓式切換。當圖像數據寫滿SRAMl時，FPGA向ARM發送一個中斷信號，然后，AlRM響應中斷并讀取SRAMl中的圖像數據，同時將其寫入到CF卡中，圖像數據將寫入SRAM2，當圖像數據寫滿SRAM2時，FPGA也向ARM發送一個中斷信號。ARM響應中斷并讀取SRAM2中的圖像數據，同時將其寫入到CF卡中。之后，圖像傳感器的數據將再次寫入SRAMl。
3．3 圖像數據在CF卡上的存儲
CF卡內部控制器設計完全模擬硬盤，使用標準的ATA／IDE接口界面，可通過IDE接口與電腦連接，而且早已實現無驅動設計，使用非常方便。在本系統中，圖像數據通過ARM存入CF卡，因此必須實現ARM對CF卡的配置、讀寫控制等操作。ARM對CF卡驅動的接口函數由硬件接口函數和用戶使用函數組成，硬件接口函數是與系統硬件相關的函數集。主要包括硬件復位函數、ATA寄存器操作函數和ATA設備探測函數；用戶使用函數包括ATA設備驅動初始化函數、查找ATA接口設備函數、讀扇區函數、寫扇區函數、獲取設備信息、使設備立即進入待機狀態和使設備立即進入空閑狀態。由于篇幅所限，這里不再一一介紹，讀者可以根據CF卡的具體參數編寫相應的函數。

4 結束語
文中介紹了用ARM和FPGA實現的一個嵌入式實時圖像采集存儲系統的設計方案，本系統的工作溫度為O~60℃，可以實現每秒20~30幀的視頻流灰度圖像采集和存儲，能夠滿足嵌入式實時圖像采集存儲的應用要求，系統的持續工作時間取決于CF卡的存儲容量。在本系統中，圖像的采集存儲脫離了PC機，使圖像的采集存儲真正達到了實時性和嵌入式的要求。本系統可以應用在軍事射擊評價、工業產品質量檢測、醫療和生物等領域。