摘要：以XC2V1500-FPGA為硬件架構(gòu)，設計了一種圖像信號發(fā)生器，作為自適應光學系統(tǒng)波前處理機的信號源，為波前處理機的調(diào)試和算法驗證提供支持。系統(tǒng)采用大容量的NAND型FLASH存儲數(shù)據(jù)，存儲容量為1 GB。圖像數(shù)據(jù)通過USB總線預存入FLASH ROM，在FPGA控制邏輯作用下循環(huán)讀出，并通過Camera Link接口輸出。該Camera Link接口支持base，medium，full三種模式，輸出像素時鐘頻率可以達到70 MHz。
關(guān)鍵詞：FPGA；FLASH ROM；圖像信號發(fā)生器；USB；Camera Link

0 引言
在自適應光學系統(tǒng)中，哈特曼波前傳感器檢測到的波前信息通過高速CCD相機采集輸出，然后由波前處理機完成斜率計算、波前復原運算和控制運算。自適應光學系統(tǒng)研制時，為了縮短研制周期，哈特曼傳感器和波前處理機需要同步進行設計和研制，以便同步完成后進行系統(tǒng)集成調(diào)試。
然而，通常都要等到哈特曼傳感器研制完成，并且配合必要的光學系統(tǒng)之后，才能輸出子光斑圖像給波前處理機進行調(diào)試。這樣給波前處理機的研制周期帶來了很大壓力。因此，如果可以建立一個模擬前端系統(tǒng)哈特曼傳感器作為子光斑圖像輸出的信號源，則可以簡化波前處理機對調(diào)試環(huán)境的要求、縮短其研制周期。本文以XC2V1500-FPGA和K9F1G16UOM-FLASH ROM為載體，設計了一種模擬哈特曼傳感器中CCD相機圖像輸出的信號發(fā)生器。該系統(tǒng)不僅能為波前處理機的調(diào)試提供信號源，而且還可以為已經(jīng)研制完成的波前處理機提供算法驗證的支持。

1 系統(tǒng)原理及組成
該圖像信號發(fā)生器的基本原理如下：通過模擬產(chǎn)生CCD相機輸出控制時序，將特定圖像進行循環(huán)播放輸出。目標圖像數(shù)據(jù)可通過PC機進行加載，并且需要進行非易失性存儲。這樣在完成圖像加載之后，系統(tǒng)一經(jīng)啟動就能夠?qū)D像數(shù)據(jù)按照要求進行輸出。目標圖像按要求均是灰度圖像，可以是單幀、也可以是多幀，可以是從相機采集而來，也可以是通過Matlab仿真模擬得到的。選擇載入不同的目標圖像序列，則系統(tǒng)可以完成不同的需求任務。
系統(tǒng)組成如圖1所示，主要由主控模塊、USB接口模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊和Camera Link接口模塊組成。

主控模塊由一片XC2V1500-FPGA來實現(xiàn)。CY7C68013A芯片組成USB接口模塊，實現(xiàn)PC機與系統(tǒng)的通信功能。8片并行K9F1G16UOM-FLASHROM芯片組成數(shù)據(jù)存儲模塊，可提供1 GB的存儲空間、良好的讀寫速度。對于Camera Link接口模塊，采用3片DS90CR287、1片DS90LV019和1片DS90LV048A來實現(xiàn)，可以支持Carnera Link接口的初級配置(Base)、中級配置(Medium)和高級配置(Full)。Camera Link接口是一種應用最廣泛的高幀頻相機接口，具有差分傳輸、傳輸速率高的特點。
系統(tǒng)的任務可以分為兩個過程：首先PC機通過USB總線和FPGA將目標圖像序列寫入FLASH；然后由于FLASH是一種非易失存儲器，接下來系統(tǒng)一旦啟動后FPGA就能夠模擬產(chǎn)生CCD相機時序、將FLASH中的數(shù)據(jù)進行循環(huán)輸出。這兩個過程的實現(xiàn)可加載不同的FPGA程序來完成。