（EDA）基于FPGA的CMOS摄像驱动设计说明书.doc

目 录第1章 绪论 5 1.1 FPGA国内外现状及发展趋势 5 1.2 FPGA的原理以及与单片机相比的优点 6 1.3 FPGA作为RAM 7 第2章 系统方案 8 2.1 FPGA开发环境 8 2.2 图像采集 8 2.2.1 图像传感器 9 2.2.3 图像采集系统 9 2.3 数据接口设计 10 第3章 系统硬件设计 11 3.1 图像传感器 11 3.1.1 CCD与CMOS 11 3.1.2 CCD/CMOS工作原理 14 3.1.3 CMOS集成电路特点 16 3.1.4 通过SCCB 总线设置OV7670 的帧频 17 3.1.5 图像数据的采集 19 3.2 OV7670 20 3.3 OV7670与FPGA的接口电路 21 3.4 SCCB总线 22 3.5 SRAM与FPGA的接口电路 23 第4章 系统软件设计 25 4.1 现场可编程门阵列器件 25 4.2 CMOS寄存器配置时序的VHDL描述 25 4.3 系统软件 25 4.3.1 初始化 25 4.3.2 接收数据 26 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。 FPGA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