基于Spartan-3 FPGA的視頻采集系統(tǒng)設計

1.3 視頻采集模塊

TVP5150是TI公司推出的一款超低功耗的高性能混合信號視頻解碼芯片，可自動識別NTSC／PAL／SECAM制式的模擬信號，并將其按照YCbCr4：2：2的格式轉化成數字信號，然后以8位內嵌同步信號的ITU-RBT.656格式輸出。TVP5150具有價格低、體積小、操作簡便等特點。FPGA對TVP5150芯片的操作是通過I2C總線實現的，數據傳輸連接方式采用最簡單的ITU-RBT.656方式。

1.4 USB接口模塊

USB接口模塊選用PHILIPS公司的高性能USB接口芯片PDIUSBD12。該芯片完全符合USB1.1規(guī)范，可支持DMA傳輸，并可通過高速8位并行接口和FPGA進行通信，其最高并行接口速率可達到2 MB／s。

1.5 以太網接口模塊

該模塊采用Realtek公司生產的高度集成的以太網控制器RTL8019AS。RTL8019AS支持IEEE802.3標準和8位或16位數據總線。其內置16KB的SRAM可用于收發(fā)緩沖。在全雙工模式時，其收發(fā)可同時達到10Mbps。RTL8019AS可支持10Base5、10Base2、10BaseT，并能自動檢測所連接的介質。本設計采用RTL8019AS跳線接口模式，并通過16位數據總線連接FPGA。

2 片級硬件系統(tǒng)設計

在Spartan-3上構建嵌入式系統(tǒng)的基礎是MicroBlaze IP核。這是一種用硬件描述語言在FPGA內部實現的32位微處理器，采用RISC指令集和Ha rvard體系結構。可根據不同的外設和存儲器配置進行定制，并可以針對應用來調整處理器系統(tǒng)架構。在Spartan-3系列芯片上進行該配置大約占用500 Slices。該IP核具有32個32位通用寄存器和2個專用寄存器。其32位寬的指令系統(tǒng)能支持3個操作數和兩種尋址方式，而其獨立的32位指令和數據總線則可與IBM的OPB總線完全兼容。通過模塊中的LMB總線，其32位指令和數據可直接與片內的塊存儲器相連。此外，該IP核還具有高速的指令和數據緩存(Cache)、三級流水線結構、32位地址總線、硬件調試邏輯、8個輸入和8個輸出的快速鏈路(FSL)接口等。MicroBlaze軟處理器的內部功能結構如圖2所示。

在FPGA上設計嵌入式系統(tǒng)時，可在最低層硬件資源上開發(fā)片內外設IP核，或利用已開發(fā)的IP核搭建嵌入式系統(tǒng)的硬件部分，然后開發(fā)IP核的設備驅動、應用接口(API)和應用層(算法)。通過標準總線接口將局部存儲器總線(LMB)和片內外設總線(OPB)連接到片內外設IP核，MicroBlaze處理器就可以和各種外設IP核及片內BlockRAM相連。該開發(fā)工具提供的IP核均有相應的設備驅動和應用接口，使用者只需利用相應的函數庫來編寫自己的應用軟件和算法程序即可。對于用戶自己開發(fā)的IP核，則需要自己編寫相應的驅動和接口函數。利用MicroBlaze處理器構建的基本嵌入式系統(tǒng)如圖3所示。