基于FPGA的多DSP红外实时图像处理系统

O 引言
    随着红外探测技术迅猛的发展，当今红外实时图像处理系统所要处理的数据量越来越大，速度要求也越来越快，利用目前主流的单DSP+ FPGA硬件架构进行较为复杂的图像处理算法运算时，有时就显得有些捉襟见肘了。使用多信号处理板虽可满足复杂处理的要求，但系统成本和设计复杂度会大大增加，对于对空间质量有严格要求的系统也是不可行的，多处理器系统应用的需求越来越迫切。
    本文提出了一种新型的基于FPGA和四端口存储器的三DSP图像处理系统。它不同于以往的主从处理器结构，而是3个处理器分别连接四端口存储器的3个端口，处于同等地位，对图像数据并行处理，FPGA占用存储器另一端口进行数据流的控制管理和其他功能实现。这种连接方式增强了系统的重组性和扩展行，软件开发也更加灵活方便。

1 系统硬件结构
1．1 图像处理系统的组成
    图像处理系统主要包括DSP及其周边电路，FPGA电路，四端口存储器电路、显示电路、HotLink接口电路等。图1所示为图像处理系统的原理框图。

1．2 FPGA电路设计
    FPGA芯片使用Xilinx公司Virtex-4系列的SX35芯片。virtex4系列的FPGA利用90 nm三栅极氧化层技术制造而成，具有百万门级以上的逻辑资源，大容量片内Block RAM，用于高速数字信号处理的新型XtremeDSP，灵活的数据接口，软硬件嵌入式处理器核等诸多资源。与前一代器件相比，在其性能和密度加倍的同时功耗却减半，非常适合用于大规模SoPC系统。配置芯片使用XCF32P芯片。在FPGA外围连接了D／A视频芯片，HoTLINK传输芯片，SDRAM存储器等器件，用以完成显示、存储等功能。
1．2．1 与HotLink电路接口
    HotLink是点对点物理层器件(PHY)的世界领先供应商Cypress导体公司产品，高集成度HotLink收发器是市面上销售的同类产品中灵活性最强的芯片之一，它提供了很宽的工作范围(0．2～1．5Gb／s)、可旁路8 B／10 B编码和备用输出。每款HotLink独立通道器件都在一个单片解决方案中集成了发送、接收、先入先出(FIFO)和编码器／解码器(ENDEC)功能，为用户提供了稳定性和通用性最好的高速图像数据传输解决方案。在此选用CY7B923作为发送芯片，将采集到的图像数据通过HotLink接口发送到图像记录设备进行记录。
1．2．2 扩展存储器接口
    FPGA外接SDRAM做为外扩存储器。SDRAM芯片选用HY57V561620，该芯片为16位的SDRAM，工作频率为100 MHz。SDRAM工作状态转换图如下：