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案例详细
标题在SOPC上利用VHDL实现SCCB总线控制模块的设计
技术领域
行业
简介在SOPC上，从状态机的角度，介绍一种SCCB控制核的VHDL设计方法。将其设计模块嵌入到FPGA中用于实现对SCCB总线的控制。能利用SCCB总线来完成CMOS图像传感芯片OV7649参数的配置，并配合NIOS软核处理器的软件实现对事故现场处理系统中图像的采集与处理。最后给出在QuartusII软件平台中进行EDA的综合结果与时序仿真图。
内容

 

引言

    我们开发的基于SOPC的事故现场处理系统可实现现场图像采集，图像数据压缩，无线传输，以及和远端控制中心通过无线方式交互数据的功能。系统分为5个部分：图像采集部分，压缩存储部分，无线传输部分，信息显示部分，远端服务器部分。系统构成框图如图1所示：

外扩存储SRAM、

FLASH

IP网

输入输出设备  LCD、键盘

数据图像采集端

GPRS

模块

FPGA

接口

模块1

接口

模块2

 

接口

模块3

 

接口

模块4

 

Nios核

远  端

服务器

 

 

 

 

 

                                                                           图1   事故现场处理平台构成框图

    本系统采用了Altera公司的APEX EP20K 200E芯片, 该芯片利用了Altera公司的SOPC――Nios软核处理器技术，Nios软核处理器是一个基于流水线技术设计的通用RISC微处理器，通过将包括16或32位高性能处理器在内的多种应用模块嵌入到一个通用的FPGA/CPLD内，并针对Altera公司的可编程系统的设计思想做了相应的优化，逻辑器件实现了一个完全可重置的嵌入式系统。NIOS最大的优点在于它的灵活性，可裁减性，能够将CPU和FPGA的优点集于一身，真正在FPGA中实现SOPC。SOPC( System on a Programmable Chip)，即片上可编程系统，与传统的SOC设计相比，其设计更灵活、更便捷，不仅性能、速度、连接具有优势,而且可以缩短上市时间。


    为了实现数据图像的采集，必须有效控制SCCB总线来完成对CMOS图像传感芯片OV7649参数的配置。SCCB (Serial Camera Control Bus)串行控制总线接口提供简单的控制方式，通过SCCB接口，我们可以对CMOS图像传感芯片OV7649内部所有寄存器的值进行修改，从而完成对0V7649的控制。SCCB总线是双向、两线或三线（multi-slave）、串行接口标准，具有总线仲裁机制，非常适合在器件之间进行近距离、非经常性的数据通信。由于本系统中只使用一个CMOS图像传感芯片，故采用两线SCCB总线机制。我们没有使用传统的软件编程实现SCCB控制的方法，从系统小型化，充分利用FPGA的逻辑资源，提高硬件系统集成度的角度出发，选定在FPGA内自行设计SCCB控制核的方法，实现对CMOS图像传感芯片OV7649参数的配置。下面着重介绍如何使用VHDL进行SCCB总线控制核设计。


一、 总体设计思想

    SIO_C和SIO_D分别为SCCB总线的时钟线和数据线。目前，SCCB总线通信协议只支持100Kb/s或400Kb/s的传输速度，并且支持两种地址形式：①从设备地址（ID Address，8bit），分为读地址和写地址，高7位用于选中芯片， 第0位是读/写控制位（R/W），决定是对该芯片进行读或写操作；②内部寄存器单元地址（Sub_ Address，8bit），用于决定对内部的哪个寄存器单元进行操作，通常还支持地址单元连续的多字节顺序读写操作。SCCB控制总线功能的实现完全是依靠SIO_C、SIO_D两条总线上电平的状态以及两者之间的相互配合实现的。SCCB总线传输的启动和停止条件如图2所示：