基于SOPC的運動視覺處理系統的設計與實現

引言

　　隨著深亞微米工藝的發展， FPGA的容量和密度不斷增加，以其強大的并行乘加運算（MAC）能力和靈活的動態可重構性，被廣泛應用于通信、圖像等許多領域。但是在復雜算法的實現上，FPGA不如嵌入式處理器方便，所以在設計具有復雜算法和控制邏輯的系統時，往往需要和嵌入式處理器結合使用，這就是 SOPC（System on a Programmable chip，可編程片上系統）技術。 SoPC是 SoC和 FPGA結合的產物，由單個可編程重構的芯片完成整個系統的主要功能。SoPC設計靈活多變，可以用原理圖，硬件描述語言甚至是 C/C++高級語言進行設計；同時還具有可重構、可裁減、可擴充等特點，升級方便。 SoPC兼備 SoC和 FPGA二者的優點，具有如下特點：

　　●豐富的 IP核資源，包括通用 IP核和專用的 IP核

　　●在系統可編程，設計、編譯、下載與調試簡單方便

　　●內置嵌入式軟核處理器，存儲器，外設接口控制器

　　●大量可編程重構的邏輯資源

　　●功能強大的時鐘管理電路

　　●支持多種 I/O接口標準

　　此外，由于減小了處理器和存儲器之間的傳輸線距離，SoPC無論在速度，還是信號完整性，電磁兼容等方面，比板級系統都有明顯的優越性。

　　1 功能框圖

　　在數字視頻視覺采集與處理板級系統開發的基礎上，本文采用 SoPC實現運動視覺處理與控制系統的設計方案。硬件采用 Altera公司 StratixII系列 FPGA，軟件開發工具包括 QuartusII，NiosII5.1 IDE，DSP Builder，MegaCore IP Library5.1和 Matlab7.0等。整個 SoPC系統工作原理為：攝像頭采集的視頻圖像數據由圖像傳感器接口進來；數字信號處理塊和數字圖像與數字視頻處理 IP核完成視頻圖像的處理，如運動檢測、分割、特征提取、壓縮等； Nios II嵌入式處理器主要完成整個系統的控制功能；I2C總線用于訪問 CMOS圖像傳感器的內部寄存器；PC機可以通過 USB接口訪問 SoPC，如果距離較遠的話，可以通過以太網口進行數據的傳輸；視頻圖像及其處理后的結果既可以通過外部存儲器接口存放在 CF卡， FLASH等存儲介質中，也可以通過 LCD顯示器接口在液晶顯示屏上直接顯示。該運動視覺 SoPC的功能框圖如圖 1所示：