摘要：本设计是以FPGA为核心，利用OV（Omni Vision）公司的COMS OV5640摄像头进行图像采集以及简单的图像处理，使用DDR3 SDRAM作为图像的临时缓存，将图像数据进行算法处理实现图像的边缘检测，通过VGA时序将图像轮廓通过AN430屏幕实时显示。

FPGA采用的是Xilinx公司的Spantan6系列芯片，利用其构建一个对图像数据进行并行运算智能平台，从而为视频信息的实时处理提供很好的硬件。实现480*272*60fps,每秒15M带宽的VGA显示。相比于传统微控制器的串行计算方法，本系统具有并行高速的数据流传输，在处理大信息量、内容复杂的数据流时有一定的参考和应用价值。

关键词： FPGA；图像采集；图像处理；VGA；DDR3;CMOS图像传感器

Image acquisition / display design based on FPGA

Abstract： This design takes FPGA as the core, uses the COMS OV5640 camera of the OV (Omni Vision) company to carry out image acquisition and simple image processing, uses DDR3 SDRAM as the temporary cache of the image. The image data is processed to realize the edge detection of the image, and the image contour is displayed in real time through the AN430 screen through the VGA time sequence. Show.

FPGA uses the Spantan6 series chip of Xilinx company to build an intelligent platform for parallel operation of image data, which provides good hardware for real-time video information processing. Implementation of 480*272*60fps, VGA display of 15M bandwidth per second. Compared with the traditional serial computing method of micro controller, this system has parallel and high-speed data flow transmission. It has a certain reference and application value when dealing with large amount of information and complex data flow.

Key words： FPGA; image acquisition; image processing; VGA; DDR3; CMOS image sensor

目录

摘要 I

ABSTRACT I

目录 II

1 引言 1

2 总体设计 2

2.1整体工作流程 2

2.2图像采集过程 2

2.3 DDR3数据缓存过程 3

2.4 图像显示过程 4

3 开发环境 6

3.1 硬件开发环境 6

3.2 硬件描述语言 8

3.3 软件开发环境 9

3.3.1 modesim 9

3.3.2 ISM 9

3.3.3 ISE Design Suite 14.7 10

4 摄像头图像采集设计 12

4.1 摄像头上电设计 13

4.2 I2C配置模块 15

4.3 视频数据采集模块 21

5 图像缓存与处理设计 22

5.1 DDR3存储器存储原理 22

5.2数据写入DDR3 22

5.3 DDR3数据读取 24

5.4 DDR3读写 仿真与调试 25

5.5 图像数据算法处理 28

6 视频图像显示设计 31

6.1 VESA VGA标准时序 31

6.2 AN430 显示时序 32

6.3 AN430 仿真与调试 32

7 板级验证与调试 36

8 总结与分析 39

致谢 40

参考文献 41

1 引言

伴随着半导体工艺技术与设计方法的迅速发展，现今的制造工艺可以或许供给更丰硕更高速的逻辑、更快的I/0和更低价位的新一代可编程逻辑器件。比较常见且使用的是现场可编程门阵列(FPGA)。为满足需求,FPGA在硬件层面控制输入和输出（I/ O）方面，具有了传统处理器所不具有的更快速的响应时间和更专业化的功能。本次设计图像数据的采集和显示就是使用FPGA来实现的。

随着信息时代的开启，FPGA器件朝着越来越实用的功能性和更加灵活的方向发展。它不仅已经成为了此前广泛使用的标准逻辑器件的一个十分强有力的竞争对手，也是掩模式专用集成电路的强劲对手。SOPC(System On Programmable Chip)是基于FPGA的片上可编程系统，在可编程器件领域的应用越来越广泛。目前xilinx就推出了ZYNQ这款芯片，它集成了FPGA和ARM9核处理器，使得FPGA器件更加灵活。

近年来，FPGA技术正处于高速发展阶段，就目前来看，它的前景是相当好的。同时FPGA制作芯片规模也越来越大，但是了解FPGA的都知道，它比一般的处理器要贵，但根据近年的发展，它的价格与原来相比要便宜多了。这就使得FPGA有了取代传统的数字元件的可能。