基于LVDS的高速图像数据存储器的设计与实现

3）操作简单。首先，单片64 kbyte CY7CA285V就可以满足设计要求，而不需串联多个FIFO，这样操作起来方便了很多。其次，该FIFO有读使能、写使能作为状态保障，且均采用边沿触发方式，使得时序控制简捷高效，便于FPGA的逻辑实现。

3关键技术研究

3.1高速写入方式

本设计选用三星公司的K9WBG08U1M作为存储介质。该芯片容量大小为4 Gbyte，内部分为2片，每片2 Gbyte，可通过片选信号和切换两片存储空间，每片由8192块组成，每块中有64页，每一页都可以存储4 kbyte的图像数据和128 byte的状态信息。本设计要完成对高速图像数据的存储任务，普通的Flash写入方式无法满足30.72 Mbyte/s.数据存储速度的要求。因此，大幅提高Flash数据接口的写入速度，成为系统设计的关键。K9WBG08U1M内部平面结构图如图5所示，Flash内部的两片分别为chip1和chip2，4个平面Plane0~Plane3组成1个chip，原始的写入方式为依次写满Plane0、Plane1、Plane2、Plane3，为大幅度提高数据存储速度，系统采用交错双平面页编程（interleave two-plane page program）的操作方式，并行对chip1、chip2的8个平面进行操作，如图6所示Interleave two-plane编程时序图：从chip1的Plane0开始依次写入每一个平面第1块的第1页，即写入chip1的Plane0的block0的page0后，再横向连续写入7页，那么当循环回chip1的Plane0的block0的page1时，用时25 ns x 4096 x 7=716.8μs大于页编程时间tPRoG的最大值700μs，从而可以不问断地继续对chip1的Plane0的block0的page1进行操作，这样充分利用了页编程的时间，使Flash的写入速度提高到40 Mbyte/s，完全可以完成对30.72 Mbyte/s图像数据的存储任务。


图5 K9WBG08U1M内部平面结构图


图6 Interleave two-plane编程时序图

3.2图像数据分析

在飞行中该图像存储器需要在过载、噪声等恶劣环境下工作，由于这些干扰很可能丢失一帧或者若干帧数据，为此本文经分析接收图像时序，为图像数据编帧如图7.这样将图像数据设定成固定的帧格式，不仅可以稳定地循环采集，便于数据处理；而且即使由于干扰丢掉了一帧或若干帧，也不会影响帧结构的完整性，对于整体数据分析没有影响。这样就保证了后续存储转发数据的正确性。接收一帧图像数据的流程图如图8所示。


图7图像存储数据帧结构


图8接收一帧图像数据流程图

3.3图像信息存储设计

如图9所示待存储数据的数据流结构，1带信息帧由1图像帧和时标及其他信息组成，存入Flash的为带信息帧，但后续转发给图像压缩单元的数据只能含有图像帧。为此本文将FIFO设计成9位缓存模式，低8位用来存储图像数据图像帧或时畅汲其他信息，最高位通过“1”或“0”来区分是图像数据还是帧标志。即将低8位是图像数据的最高位置高，低8位是时标及其他辅助信息的最高位置低，转发时只将最高位为1的数据流发送给图像压缩单元。


图9待存储数据的数据流结构

一片K9WBG08U1M的Flash内部有1048576页，本文所接收的图像数据：1图像帧=307 200 byte，1页容量为4 kbyte，需用75页，所以1片Flash最多可存储13981帧视频图像。接收图像帧频为100 f/s，25s接收2500帧视频图像，仅占Flash总容量的1%.采用上述interleavetwo-plane page program的页编程方式，每75页代表一帧视频图像数据，第76页用来写入每一帧的状态信息。写入的顺序如图10中箭头所示。


图10存储区和图像帧之间的映射关系