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嵌入式网络图像处理系统的实现

2020-12-10阅读(420)

嵌入式网络图像处理系统的实现

论文摘要

本文主要研究了基于ARM微处理器和FPGA为核心的嵌入式网络图像系统的设计和实现,系统主要由图像的采集、图像的处理和图像的传输三部分组成。系统以三星公司的ARM9系列芯片S3C2440A以及Xilinx公司Spartan-3E系列中的XC5S145E为硬件核心,以开源Linux作为嵌入式操作系统。FPGA作为前端图像采集模块,主要完成了图像的采集与预处理工作,FPGA控制图像传感器,将采集到的图像数据按照设定的阈值进行二值化处理,将处理后的图像数据按照（X1,X2,Y）的格式存储到SRAM中。ARM作为整个图像处理系统的核心,负责图像的处理和传输,图像的处理用来处理SRAM中特定格式的图像数据,包含MARKER图像的检测和MARKER二值图像二维质心坐标的计算,通过局域网将计算后的质心坐标值传到计算机上。当被观察物体运动的时候,MARKER的移动轨迹就可以用来记录被观察物体的移动轨迹,通过记录少量的MARKER点的信息就能获得整个被观测物体的运动情况。嵌入式网络图像系统的硬件设计主要包括以FPGA为核心的图像采集接口电路设计；ARM外围电路的设计,其中包括SDRAM,FLASH,USB,串口,DM9000网卡以及SPI,IIC总线电路的设计。嵌入式网络图像系统的软件设计包括Linux操作系统的移植、底层驱动程序设计和上层应用程序设计。Linux操作系统的移植主要包括bootloader的移植、Linux内核及根文件系统的移植。底层驱动程序设计主要包括Linux操作系统下SRAM存储器的驱动程序设计、S3C2440A中SPI总线的驱动程序设计以及GPIO驱动程序设计等。上层应用程序的设计主要包括网络传输服务器的设计,MARKER检测算法的设计及二值图像二维质心坐标算法的设计。系统实现了将图像的采集、处理、传输功能集成在一块嵌入式目标板上,实现了60帧／秒的图像传输。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 1 绪论
  • 1.1 课题研究的背景及应用价值
  • 1.2 国内外研究概况
  • 1.3 本课题主要研究的内容
  • 2 系统的总体架构
  • 2.1 嵌入式系统介绍
  • 2.1.1 嵌入式系统的定义
  • 2.1.2 嵌入式系统的特点
  • 2.2 系统总体功能描述
  • 2.3 硬件功能描述
  • 2.4 软件功能描述
  • 3 系统的硬件结构设计
  • 3.1 系统硬件组成
  • 3.2 数据采集电路的设计
  • 3.2.1 CMOS图像传感器电路选型及设计
  • 3.2.2 FPGA模块选型及设计
  • 3.3 数据处理电路的设计
  • 3.3.1 ARM系列微处理器介绍
  • 3.3.2 S3C2440A微处理器介绍
  • 3.4 网络传输电路的设计
  • 3.4.1 以太网控制器DM9000
  • 3.4.2 网络接口硬件电路的设计
  • 3.5 共享存储器的设计
  • 3.5.1 共享存储器的结构
  • 3.5.2 共享存储器电路的设计
  • 3.6 ARM和FPGA通信电路的设计
  • 3..6.1 SPI总线介绍
  • 3.6.2 ARM和FPGA的通信协议
  • 4 嵌入式系统平台的搭建
  • 4.1 嵌入式系统的开发流程
  • 4.1.1 系统需求的确定
  • 4.1.2 设计系统的体系结构
  • 4.1.3 软、硬件设计及调试
  • 4.2 基于ARM体系结构的系统移植
  • 4.2.1 Bootloader的特点及移植
  • 4.2.2 Linux内核的特点及移植
  • 4.2.3 根文件系统的选择及移植
  • 5 设备驱动程序设计
  • 5.1 设备管理和驱动概述
  • 5.1.1 Linux中设备的分类
  • 5.1.2 设备驱动程序的用途
  • 5.1.3 访问设备的实现
  • 5.2 字符设备驱动程序接口介绍
  • 5.3 SRAM驱动的实现
  • 5.3.1 SRAM的功能
  • 5.3.2 SRAM地址空间的分配
  • 5.3.3 MMU的介绍
  • 5.3.4 SRAM访问的实现
  • 5.4 SPI驱动的实现
  • 5.4.1 S3C2440A中SPI模块介绍
  • 5.4.2 SPI驱动程序的实现
  • 6 系统应用程序设计
  • 6.1 系统软件功能及结构
  • 6.2 Linux多线程编程
  • 6.2.1 Linux进程和线程介绍
  • 6.2.2 Linux多线程程序设计
  • 6.3 网络通信服务器设计
  • 6.3.1 TCP/IP协议
  • 6.3.2 Linux套接口编程
  • 6.3.3 通信服务器程序的实现
  • 6.4 图像处理算法的实现
  • 6.4.1 MARKER的定义
  • 6.4.2 图像的二值化处理
  • 6.4.3 MARKER检测算法设计
  • 6.4.4 计算MARKER质心坐标的算法设计
  • 7 系统测试
  • 7.1 系统的测试环境
  • 7.1.1 嵌入式网络图像处理系统
  • 7.1.2 客户端显示程序
  • 7.2 测试过程
  • 7.2.1 实时图像的测量
  • 7.2.2 MARKER质心坐标的测量
  • 结论
  • 参考文献
  • 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
  • 致谢

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