基于Spartan-3 FPGA的视频采集系统设计

1.3视频采集模块

TVP5150是TI公司推出的一款超低功耗的高性能混合信号视频解码芯片，可自动识别NTSC／PAL／SECAM制式的模拟信号，并将其按照YCbCr4：2：2的格式转化成数字信号，然后以8位内嵌同步信号的ITU-RBT.656格式输出。TVP5150具有价格低、体积小、操作简便等特点。FPGA对TVP5150芯片的操作是通过I2C总线实现的，数据传输连接方式采用最简单的ITU-RBT.656方式。

1.4 USB接口模块

USB接口模块选用PHILIPS公司的高性能USB接口芯片PDIUSBD12。该芯片完全符合USB1.1规范，可支持DMA传输，并可通过高速8位并行接口和FPGA进行通信，其最高并行接口速率可达到2 MB／s。

1.5 以太网接口模块

该模块采用Realtek公司生产的高度集成的以太网控制器RTL8019AS。RTL8019AS支持IEEE802.3标准和8位或16位数据总线。其内置16KB的SRAM可用于收发缓冲。在全双工模式时，其收发可同时达到10Mbps。RTL8019AS可支持10Base5、10Base2、10BaseT，并能自动检测所连接的介质。本设计采用RTL8019AS跳线接口模式，并通过16位数据总线连接FPGA。

2 片级硬件系统设计

在Spartan-3上构建嵌入式系统的基础是MicroBlaze IP核。这是一种用硬件描述语言在FPGA内部实现的32位微处理器，采用RISC指令集和Ha rvard体系结构。可根据不同的外设和存储器配置进行定制，并可以针对应用来调整处理器系统架构。在Spartan-3系列芯片上进行该配置大约占用500 Slices。该IP核具有32个32位通用寄存器和2个专用寄存器。其32位宽的指令系统能支持3个操作数和两种寻址方式，而其独立的32位指令和数据总线则可与IBM的OPB总线完全兼容。通过模块中的LMB总线，其32位指令和数据可直接与片内的块存储器相连。此外，该IP核还具有高速的指令和数据缓存(Cache)、三级流水线结构、32位地址总线、硬件调试逻辑、8个输入和8个输出的快速链路(FSL)接口等。MicroBlaze软处理器的内部功能结构如图2所示。

在FPGA上设计嵌入式系统时，可在最低层硬件资源上开发片内外设IP核，或利用已开发的IP核搭建嵌入式系统的硬件部分，然后开发IP核的设备驱动、应用接口(API)和应用层(算法)。通过标准总线接口将局部存储器总线(LMB)和片内外设总线(OPB)连接到片内外设IP核，MicroBlaze处理器就可以和各种外设IP核及片内BlockRAM相连。该开发工具提供的IP核均有相应的设备驱动和应用接口，使用者只需利用相应的函数库来编写自己的应用软件和算法程序即可。对于用户自己开发的IP核，则需要自己编写相应的驱动和接口函数。利用MicroBlaze处理器构建的基本嵌入式系统如图3所示。