基于FPGA和DSP架构的实时高速图像处理系统的硬件平台设计

摘要

随着科学技术的不断发展，通信、海路交通监测、军事等众多领域对图像处理系统的要求越来越高，高速性、实时性已成为考量其性能的重要指标。为突破原有图像处理硬件平台在传输和运算方面的局限性，调研现有的可应用于改善图像处理系统性能的新技术，提出了一种基于VPX串行总线标准下新型FPGA+DSP架构的图像处理硬件平台。该硬件平台一方面依靠VPX总线标准强大的带宽、表现优异的可靠性和灵活的连接方式，能提升系统硬件平台的带宽优势和抗恶劣环境优势；另一方面发挥了Xilinx7系列新型FPGA在功耗、处理性能、接口速度等方面的优势，能进一步提升系统硬件平台的处理能力和带宽。此外该系统保留了原有DSP+FPGA架构，使其具有处理能力强、通用灵活的特点。这些对原有优势技术的传承和对新技术的采用使新的系统硬件平台可以适用于大量的图像处理应用领域，同时将会使该应用领域的图像处理性能得到进一步提升。　　本研究在整体设计方案确定后，分功能、分模块绘制了系统硬件平台的原理图，并进行了PCB布局、布线设计。在硬件电路板焊接完成后对电路板进行了分模块调试，且对主要的接口电路正确性进行了验证，确认了构建的SRIO高速网络的有效性。设计并实现了图像处理硬件平台，对新硬件平台的主要接口进行了验证。该平台的搭建将显著提高现有图像处理硬件平台的高速性和实时性，具有较强的工程应用价值。

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1 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 可应用于图像处理系统的新技术

1.4 本文主要工作和章节安排

2 系统总体方案设计

2.1 图像处理硬件平台的需求分析

2.2 原有图像处理硬件平台的局限

2.3 新硬件平台架构设计

2.4 主要芯片选型

2.5 本章小结

3 系统电源和时钟设计

3.1 电源设计

3.2 时钟设计

3.3 本章小结

4 系统硬件接口设计

4.1 配置电路设计

4.2 外部高速缓存设计

4.3 Camera Link 接口设计

4.4 VPX总线接口设计

4.5 高速串行接口设计

4.6 其它接口设计

4.7 系统PCB设计

4.8 本章小结

5 硬件调试及接口验证

5.1 硬件调试

5.2 EMIF接口验证

5.3 高速串行接口网络验证

5.4 FPGA的高速DDR3接口验证

5.5 本章小结

6 总结和展望

6.1 总结

6.2 论文主要创新点

6.3 工作展望

致谢

参考文献

附录

附录1：系统硬件平台硬件电路板实物图：

个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果