内嵌ARM核的FPGA芯片EPXA10及其在图像驱动和处理方面的应用 摘要：介绍了内嵌ARM核的FPGA芯片EPXA10的主功能特点、内部结构及工作方式，通过其在图像驱动和处理方面的应用，体现了EPX10逻辑控制实现简单、对大量数据做简单处理速度快以及软件编程灵活的特点。 关键词：ARM FPGA EPXA10 图像驱动 图像处理 随着亚微米技术的发展，FPGA芯片密度不断增加，并以强大的并行计算能力和方便灵活的动态可重构性，被广泛地应用于各个领域。但是在复杂复法的实现上，FPGA却远没有32位RISC处理器灵活方便，所以在设计具有复杂算法和控制逻辑的系统时，往往需要RISC和FPGA结合使用。这样，电路设计的难度也就相应大大增加。随着第四代EDA开发工具的使用，特别是在IP核产业的迅猛发展下产生的SOPC技术的发展，使嵌入式RISC的通用及标准的FPGA器件呼之欲出。单片集成的RISC处理器和FPGA大大减小了硬件电路复杂性和体积，同时也降低了功耗、提高了系统可靠性。Altera公司的EPXA10芯片就是应用SOPC技术，集高密度逻辑（FPGA）、存储器（SRAM）及嵌入式处理器（ARM）于单片可编程逻辑器件上，实现了速度与编程能力的完美结合。本文所介绍的图像驱动和处理系统正应用了EPX10的这些特点，充分发挥了FPGA逻辑控制实现简单、对大量数据做简单处理速度快的优势以及ARM软件编程灵活的特点。 1 内嵌ARM核的FPGA芯片EPXA10及其主要特点 EPX10单片集成了ARM核、高密度的FPGA、存储器及接和控制模块，不仅简化了ARM与FPGA之间的通讯，也使片外扩展存储器以及和外设通讯变得相对简单；同时通过在FPGA中嵌入各种IP核和用户控制逻辑可以实现各种接口和控制任务。这样的高度集成化不仅大大加快了ARM与片内各种资源的通讯速度，而且减小了硬件电路的复杂性、体积和功耗，真正实现了SOPC。 EPX10内部结构框图如图1所示，主要分为嵌入式处理器和FPGA两部分。 [1] 于C语言实现的，体现了ARM软件编程灵活的特点。 3.3 试验结果 图6是成功驱动CMOS图像传感器后拍摄的景物图像，可见图像非常清晰。本文介别针对Soble算子进行了基于PC机和基于ARM的实现，图7为图6经过ARM中的Sobel算子的边缘提取结果，图8为图6经过PC机中Sobel算子的边缘提取结果，图9为图7和图8逐像素的比较结果。可见两种实现方法得到的结果完全一致，说明了基于ARM的Sobel算子的实现是正确的。 上述驱动和处理系统如果仅用FPGA来实现，算法部分的实现会比较复杂；如果仅用ARM来实现，驱动时序的设计也会非常困难。面采用内嵌ARM核的FPGA芯片EPXA10，单片就实现了上述系统，大大减小了设计的难度和电路的复杂性，同时也减小了硬件电路的体积和功耗，在系统小型化方面有着独特的优势。由于EPXA10集成了先进的ARM922T处理器器以及高密度的FPGA，所以在不增加体积和改进硬件电路的情况下，可以实现更加复杂的图像处理算法和硬件控制逻辑设计，具有很强的系统扩展潜力。这种嵌入式方案必将成为集成电路的发展趋势，将会在未来较短的时间里得到快速的发展。 [本文已被作者于2005-4-16 9:26:43编辑过] [5] |
