1 引言

圖像處理、瞬態(tài)信號檢測等領(lǐng)域要求高速度、高精度、高實時性的數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)，因此對高速圖像采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸提出更高要求?，F(xiàn)在高速圖像采集系統(tǒng)一般采用高性能數(shù)字信號處理器(DSP)和高速總線的框架結(jié)構(gòu)。DSP完成計算量巨大的實時處理算法，高速總線實現(xiàn)處理結(jié)果或采樣數(shù)據(jù)的快速傳輸，可采用ISA、PCI、USB等高速總線，而USB總線具有安裝方便、高帶寬、易擴展、傳輸速率高達480 b／s，已成為計算機接口的主流。因此，這里介紹一種采用USB2．0接口和高性能DSP的高速圖像采集處理系統(tǒng)，主要應(yīng)用于井下視頻檢測，也可應(yīng)用于光纖通信、雷達信號處理等領(lǐng)域。

2 圖像采集系統(tǒng)硬件設(shè)計

2．1 系統(tǒng)硬件設(shè)計架構(gòu)

圖1為該高速圖像采集系統(tǒng)硬件設(shè)計架構(gòu)。該系統(tǒng)設(shè)計選用ICX205AL型CCD傳感器來采集圖像，前端被測物體的光線經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)*在CCD傳感器上，然后輸出信號經(jīng)低噪聲的OP37傳輸至高速、高精度的AD9220型A／D轉(zhuǎn)換器，所轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)再經(jīng)DSP預(yù)處理，通過USB接口器件傳輸給PC機，這樣就完成了圖像采集過程。

ICX205AL型高速面陣CCD傳感器的有效像素可達到1145 M(1 392 Hx1 040 V)，水平驅(qū)動頻率141 318 MHz，并具有靈敏度高、暗電流小、分辨率高、轉(zhuǎn)移速度快、連續(xù)可調(diào)電子快門等特點。

該系統(tǒng)設(shè)計選用TMS320DM6437型高性能的數(shù)字媒體處理器DSI作為核心控制。TMS320DM6437通過HPI接口訪問USB接口器件。HPI接口是一個并行端口，16位數(shù)據(jù)總線寬度，8級深度內(nèi)部讀寫緩存，通過HPIC、HPIA、HPID 3個寄存器組合易于實現(xiàn)主機對DSP的控制。主機(上位機)通過HPI接口直接訪問DSP的全部存儲空間，包括存儲映射的外圍設(shè)備。主機和DSP都可訪問HPI的控制寄存器(HPIC)，此外，主機還可訪問地址寄存器(HPIA)和數(shù)據(jù)寄存器(HPID)。

USB接口器件采用Cypress公司的CY7C68033，其內(nèi)部集成有USB2．0收發(fā)器、串行接口引擎(SIE)、增強型的8051內(nèi)核和可編程控制的外圍接口(GPIF)，可提供高速數(shù)據(jù)傳輸有效、方便的解決方案。CY7C68033的固件程序位于內(nèi)部RAM中，由uSB或電子可擦寫可編程只讀存儲器(EEP-ROM)下載；具有4個可以自由編程分配控制的端點；8位或16位外部數(shù)據(jù)接口：內(nèi)部具有4個集成的FIFO，對外有兩種接口模式，Master模式使用GPIF接口，Slave FIFO模式使用集成的FIFO供外部設(shè)備讀寫，很容易與外部的專用集成電路或DSP器件連接；內(nèi)置增強型的8051內(nèi)核時鐘最高可達48 MHz，其指令周期只需4個時鐘周期；具有2個通用異步收發(fā)器(UART)、3個定時計數(shù)器、擴展的中斷系統(tǒng)；內(nèi)置2個I2C總線控制模塊。

2．2 USB接口設(shè)計

圖2是該高速圖像采集系統(tǒng)的USB接口電路連接圖。