一种基于DSP和FPGA实时图像处理平台的硬件设计与实现

论文摘要

目前,数字图像处理技术广泛应用于各个领域,向着实时性、高速性、高分辨率、多媒体化、智能化的方向发展。从而高速实时性的图像处理算法迫切需要一个供其运行的功能强大的图像处理硬件平台进行验证。本文的目的是构建一个基于FPGA+DSP的实时图像处理平台系统,可以很好的满足现代图像处理系统对速率、数据量、图像处理系统体积、系统成本、功耗等的要求。它具有很好的实时性、小型化的特点。本文的主要工作如下：1.根据用户的要求,对已经提出的图像处理硬件平台方案进行了详细的分析及研究。对Sundance的TIM模块的结构和性能以及位于TIM模块上的DSP和FPGA了进行了研究,介绍了CCS、ISE和3L Diamond软件的开发使用环境,提出了对核心处理系统的验证方法和验证时所采用的技术。2.对已设计的图像处理硬件平台方案进行了验证,分别通过对可行性和实时性进行验证,发现在核心处理模块中,CP连线在模块之间可以通信,而RSL总线在模块之间的通信失败。通过分析,发现了RSL通信问题所在,因此通过对课题的要求和硬件资源进一步的分析,提出了新的核心处理模块的方案。3.对核心处理模块改进后的新方案进行了可行性和实时性验证,通过模块SMT395和SMT338之间的SHB总线对数据通信进行设计,并根据结果进行分析,验证了新方案的可行性；在可行性的基础上,通过对100张BMP格式的图像进行二值化处理的设计,分析其结果,验证了新方案的实时性,处理速度达到了130帧／秒,满足课题要求的速度（100帧／秒）。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 序
• 1 引言
• 1.1 课题研究的背景
• 1.1.1 图像处理技术的发展和应用
• 1.1.2 数字图像处理系统的介绍
• 1.1.3 数字图像处理系统的现状
• 1.1.4 DSP芯片的特点和选择
• 1.1.5 FPGA芯片的特点和选择
• 1.2 课题研究目标
• 1.3 论文结构和主要内容
• 1.4 本章小结
• 2 系统开发的软件和硬件环境
• 2.1 Sundance介绍
• 2.2 ISE开发环境
• 2.2.1 ISE开发环境介绍
• 2.2.2 ISE设计流程
• 2.2.3 VHDL语言介绍
• 2.3 CCS开发环境
• 2.3.1 CCS设计流程
• 2.3.2 CCS软件开发主要工具介绍
• 2.4 3L Diamond开发环境
• 2.4.1 3L Diamond环境介绍
• 2.4.2 Diamond软件主要技术
• 2.4.3 3L Diamond开发流程
• 2.5 系统硬件开发环境
• 2.5.1 硬件总线和名词
• 2.5.2 硬件模块介绍
• 2.6 本章小结
• 3 图像处理硬件平台的设计方案
• 3.1 图像处理硬件平台系统的设计要求
• 3.1.1 系统设计的要求
• 3.1.2 数据传输速率要求
• 3.1.3 数据量要求
• 3.1.4 DSP的要求
• 3.1.5 FPGA的要求
• 3.1.6 接口模块要求
• 3.2 图像处理硬件平台系统的设计
• 3.2.1 外部接口板的设计和技术
• 3.2.2 内部PCI接口板的设计
• 3.2.3 图像输入接口方式
• 3.2.4 图像输出接口方式
• 3.3 本章小结
• 4 图像处理硬件平台的验证
• 4.1 图像处理核心系统的设计和工作原理
• 4.1.1 系统核心模块的设计
• 4.1.2 Wires的应用
• 4.1.3 Connections的应用
• 4.1.4 TIM的工作原理和通信原理
• 4.2 系统的验证
• 4.2.1 SMT395、SMT339的DSP和FPGA之间通信验证
• 4.2.2 SMT395、SMT339的DSP和FPGA之间RSL通信验证
• 4.2.3 SMT395、SMT339分别和SMT338之间的RSL通信验证
• 4.2.4 SMT395、SMT339分别和SMT338之间CP通信验证
• 4.2.5 验证结果的分析和结论
• 4.3 本章小结
• 5 图像处理硬件平台的改进和功能验证
• 5.1 核心处理系统的改进
• 5.1.1 硬件资源的分析
• 5.1.2 核心处理系统的改进设计
• 5.2 改进后的核心处理系统通信的验证
• 5.2.1 SMT395的DSP和FPGA之间SHB通信的验证
• 5.2.2 SMT395和SMT338之间SHB通信的验证
• 5.3 改进后的核心处理系统处理速度的验证
• 5.4 设计的结果分析和结论
• 5.5 本章小结
• 6 结论
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集