基于FPGA+DSP的星上综合处理系统的设计与实现

摘要

随着实时图像处理技术在国防航空等领域中的应用愈发广泛，星上图像处理的数据量不断增加，对星上图像处理系统的实时性要求也越来越高。本文设计一套性能优越的星上实时图像处理硬件系统，并使用该系统对MCPM算法进行硬件加速实现。
　　本文主要介绍基于“FPGA+DSP”的星上综合处理系统的设计与实现过程，系统中FPGA用于图像数据采集和图像处理底层算法加速，DSP用于高层复杂图像处理算法实现。本文首先介绍星上综合处理系统的总体设计，根据系统的需求分析制定总体设计方案并对系统中使用的主要器件进行选型。接着介绍系统各模块的硬件电路设计，详细描述各个模块的实现方式和设计依据，保证系统能够安全、稳定、可靠的工作。同时介绍系统中的各种接口，并完成各接口的 FPGA实现，其中对EMIF接口的 FPGA实现过程进行了详细的介绍。本文介绍了用于红外弱小目标检测的MPCM算法，该算法结构简单处理速度快，但仅使用CPU实现时仍难以达到实时性要求，所以本文介绍了MPCM算法的FPGA硬件加速实现方法以满足系统实时性的要求。文末指出了该系统存在的不足和进一步研究的方向。
　　本文设计的星上综合处理系统已完成甲方提出的所有研制任务和各项指标要求。星上综合处理系统的所有通路已全部测通，完成了将接收到的仿真图像处理后送显
　　示终端显示的工作任务。并实现了MPCM算法的FPGA硬件加速，该系统检测一幅分辨率为512×512的红外图像仅需1.72ms，满足系统实时性的要求。

目录

声明

英文缩写对照表

1 绪论

1.1 课题的研究的背景及意义

1.2 国内外研究概况

1.3 本文的主要工作

2 综合处理系统设计方案

2.1 任务要求与需求分析

2.2 系统总体方案

2.3 主要芯片选型

2.4 本章小结

3 硬件电路设计

3.1 硬件电路框图

3.2 FPGA电路

3.3 定点DSP电路

3.4 浮点DSP电路

3.5 JTAG电路

3.6 时钟电路

3.7 复位电路

3.8 供电电路

3.9 本章小结

4 数据接口设计

4.1 对外接口电路

4.2 内部接口电路

4.3 C6455 EMIFA接口的FPGA实现

4.4 C6713 EMIF接口的FPGA实现

4.5 本章小结

5 系统验证与算法实现

5.1 系统数据通路验证

5.2 MPCM算法的FPGA实现

5.3 本章小结

6 总结与展望

6.1 本文工作总结

6.2 进一步研究与展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间发表的专利

附录2 调试问题记录

附录3 星上综合处理系统实物图