Thiết kế hệ thống xử lý ảnh video trên FPGA (CycloneII), chương 3

Chia sẻ: Tran Van Duong | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:8

Thêm vào BST

Báo xấu

4.171
lượt xem 78
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

lưu đồ thiết kế cơ bản để xây dựng các ứng dụng cho vi điều khiển và FPGA như hình 5. Đầu tiên phải tìm ra đặc tính cho hệ thống đang thiết kế. Sau đó, xác định lối vào nào là giá trị cho hệ thống và lối ra nào sẽ phát. Vào lúc này, hệ thống phải phân chia các hàm giữa vi điều khiển và FPGA. Một số tín hiệu lối vào sẽ đưa vào vi điều khiển, một số sẽ đưa vào FPGA và một số khác sẽ đi vào cả hai. Tương tự, một số...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Thiết kế hệ thống xử lý ảnh video trên FPGA (CycloneII), chương 3

Chương 3: Löu ñoà thieát keá giöõa vi ñieàu khieån 8031 vaø FPGA Löu ñoà thieát keá cô baûn ñeå xaây döïng caùc öùng duïng cho vi ñieàu khieån vaø FPGA nhö hình 5. Ñaàu tieân phaûi tìm ra ñaëc tính cho heä thoáng ñang thieát keá. Sau ñoù, xaùc ñònh loái vaøo naøo laø giaù trò cho heä thoáng vaø loái ra naøo seõ phaùt. Vaøo luùc naøy, heä thoáng phaûi phaân chia caùc haøm giöõa vi ñieàu khieån vaø FPGA. Moät soá tín hieäu loái vaøo seõ ñöa vaøo vi ñieàu khieån, moät soá seõ ñöa vaøo FPGA vaø moät soá khaùc seõ ñi vaøo caû hai. Töông töï, moät soá loái ra seõ ñöôïc tính toaùn bôûi vi ñieàu khieån vaø moät soá ñöôïc tính bôûi FPGA. Cuõng seõ coù theâm moät soá loái vaøo vaø loái ra môùi cuûa heä thoáng ñöôïc taïo ra bôûi yeâu caàu cuûa caû FPGA vaø vi ñieàu khieån. Thoâng thöôøng, FPGA seõ söû duïng chuû yeáu caùc haøm baäc thaáp maø ôû ñoù söï chuyeån tieáp caùc tín hieäu xaûy ra thöôøng xuyeân hôn vaø möùc logic ñieàu khieån ñôn giaûn hôn. Ngöôïc laïi, vi ñieàu khieån ñöôïc söû duïng ñoái vôùi caùc haøm baäc cao maø ôû ñoù caùc ñaùp öùng xaûy ra chaäm hôn vaø möùc ñieàu khieån logic phöùc taïp hôn. Moät khi thieát keá ñöôïc phaân chia, gaùn giaù trò caùc loái vaøo, loái ra vaø caùc haøm cho vi ñieàu khieån vaø FPGA thì sau ñoù thieát keá chi tieát veà phaàn meàm vaø phaàn cöùng coù theå ñöôïc baét ñaàu. Ñoái vôùi phaàn meàm, ta coù theå söû duïng chöông trình soaïn thaûo thoâng duïng ñeå taïo ra file .ASM (Nhö ngoân ngöõ assembler) vaø dòch noù thaønh file .HEX vôùi ASM51 cho vi ñieàu khieån treân maïch XS40. Ñoái vôùi phaàn cöùng FPGA, ta söû duïng phaàn meàm XILINX Foundation ñeå ñöa baûng söï thaät vaø caùc phöông trình logic vaøo file .ABL hoaëc .VHD vaø dòch noù thaønh file .BIT. Söû duïng chöông trình GXSLOAD (ñöôïc trình baøy ôû phaàn sau) ñeå download caùc File .HEX vaø file .BIT vaøo maïch XS40.
GXSLOAD löu tröõ noäi dung file .HEX vaøo SRAM treân maïch XS40. Sau ñoù, noù ñònh daïng laïi FPGA baèng caùch naïp file bitstream vaøo FPGA. Khi maïch XS40 ñöôïc naïp caû phaàn cöùng vaø phaàn meàm, ta phaûi kieåm tra xem noù ñaõ thaät söï hoaït ñoäng hay chöa. Thoâng thöôøng maïch chöa hoaït ñoäng, vì vaäy ta phaûi xen caùc tín hieäu kieåm tra vaøo vaø quan saùt keát quaû. XSPORT laø moät chöông trình ñôn giaûn, cho pheùp göûi caùc tín hieäu kieåm tra ñeán maïch XS40 thoâng qua coång song song cuûa maùy tính. Ta coù theå nhaän thaáy söï taùc ñoäng trôû laïi cuûa heä thoáng ñeán caùc tín hieäu töø coång song song baèng caùch laäp trình cho FPGA vaø vi ñieàu khieån ñeå traïng thaùi loái ra thoâng baùo treân LED 7 ñoaïn (Gaàn gioáng vôùi leänh “printf” trong ngoân ngöõ laäp trình C).
Hình 5: Löu ñoà thieát keá FPGA vaø vi ñieàu khieån
MAÏCH XSTEND I. Ñaëc ñieåm vaø tính naêng Maïch XS40 ñöa ra caùc maãu thieát keá FPGA vaø CPLD. Tuy nhieân, kích thöôùc vaät lyù cuûa chuùng nhoû laøm giôùi haïn giaù trò sô ñoà maïch hoã trôï maø chuùng coù theå aùp duïng. Maïch XSTEND gôõ boû giôùi haïn naøy baèng caùch cung caáp theâm maïch hoã trôï maø XS40 coù theå söû duïng thoâng qua caùc giao dieän breadboard cuûa chuùng. Maïch XSTEND chöùa caùc taøi nguyeân, môû roäng vuøng öùng duïng cuûa caùc maïch XS ôû 3 vuøng:  Caùc nuùt aán, caùc coâng taéc DIP, caùc LED vaø vuøng maãu ñöôïc söû duïng cho caùc öùng duïng cô baûn. Caùc ñaëc tröng naøy keát hôïp vôùi caùc maïch XS, sao cheùp laïi chöùc naêng cuûa maïch HW/UW FPGA tröôùc ñaây.  Giao dieän maøn hình VGA, giao dieän chuoät/baøn phím coång PS/2 vaø SRAM cho pheùp ñöôïc söû duïng trong video vaø trong tính toaùn.  Maõ hoaù stereo vaø maïch 2 keânh vaøo/ra giuùp cho vieäc xöû lyù tín hieäu audio trong vieäc keát hôïp caùc maïch DSP vôùi phaàn meàm XILINX’s CORE. Maïch XSTEND môû roäng khaû naêng cuûa maïch XS40 baèng caùch cung caáp:  Giao tieáp môû roäng cho maïch XS40  Hoã trôï thanh LED vaø LED 7 ñoaïn.  Nuùt aán vaø caùc coâng taéc DIP  Moät giao dieän vôùi caùc maøn hình VGA  Moät giao dieän vôùi baøn phím hoaëc chuoät loaïi PS/2
 Moät SRAM boå sung 64 Kbytes (tuyø yù)  Moät stereo codec vôùi caùc keânh vaøo vaø ra traùi/phaûi  Moät giao dieän vôùi caùp XILINX Xchecker  Moät vuøng maãu 2.75” * 3.5” vôùi nguoàn 3.3V hoaëc 5V  Moät boä keát noái header ñöôïc theâm vaøo maïch con. Nhöõng taøi nguyeân naøy ñöôïc trình baøy trong maïch XSTEND ñôn giaûn hoaù toång quan. Moãi taøi nguyeân ñöôïc moâ taû trong hình veõ beân döôùi: Hình 1: Layout maïch XSTEND II. Moâ taû maïch XSTEND 1. Vuøng laép ñaët maïch XS40
Moät maïch XS40 ñöôïc gaén treân maïch XSTEND söû duïng socket maïch XS. Nhöõng socket naøy keát hôïp vôùi caùc chaân giao dieän breadboard cuûa maïch XS cho pheùp chuùng noái ñeán taát caû taøi nguyeân cuûa maïch XSTEND. Ñeå söû duïng moät maïch XS40 vôùi maïch XSTEND, ta caém noù vaøo coät beân phaûi cuûa socket, (neáu duøng maïch XS95 thì ta caém noù vaøo coät beân traùi cuûa socket). Coù nhöõng choã ñaùnh daáu treân maïch XSTEND cho bieát coät thích hôïp vôùi moãi loaïi maïch XS. Neáu maïch XS noái vôùi moät nguoàn ñieän ñöôïc caáp thoâng qua chaân J9 thì maïch quy ñònh nguoàn ñieän cuûa noù seõ cung caáp VCC vaø GND cho maïch XSTEND thoâng qua socket. Maïch XS40 vôùi FPGAs coù nguoàn ñieän laø 3.3V seõ cung caáp nguoàn 3.3V vaø 5V cho maïch XSTEND, trong khi ñoù maïch XS40 vôùi FPGAs vaø XS95 coù nguoàn ñieän 5Võ chæ cung caáp 5V. Nguoàn caáp ñieän beân ngoaøi cuõng coù theå ñöôïc duøng vôùi maïch XSTEND. Moät nguoàn ñieän 5V ñöôïc noái vôùi header J12 vaø nguoàn 3.3V ñöôïc noái vaøo header J14 nhö hình 2. Caùc nguoàn cung caáp naøy cuõng ñöôïc caém vaøo maïch XS cuõng nhö maïch XSTEND. Hình 2: Keát noái nguoàn cung caáp cho maïch XSTEND  Chuù yù Khoâng caém nguoàn caáp ñieän theá beân ngoaøi khi ñang caáp nguoàn cho maïch XSTEND vôùi moät maïch XS
Khoâng ñöôïc ñaët shunt vaøo J12 hoaëc J14 hoaëc laø seõ laøm giaûm nguoàn cung caáp noái mass vaø laøm hö haïi maïch XSTEND vaø maïch XS ñaõ gaén vaøo XSTEND. 2. LED Maïch XSTEND cung caáp moät led thanh vôùi 8 led (D1 – D8) vaø 2 led 7 ñoaïn (U1 vaø U2) ñöôïc söû duïng bôûi maïch XS. Taát caû caùc led naøy ñeàu hoaït ñoäng ôû möùc thaáp coù nghóa laø 1 ñoaïn led seõ saùng khi möùc logic thaáp ñöôïc kích vaøo noù. Neáu muoán caùc led naøy hoaït ñoäng hay khoâng hoaït ñoäng thì ta phaûi thieát laäp jumper nhö baûng 1: Jumper Thieát laäp J8 Gôõ boû shunt treân jumper naøy khoâng cho keát noái nguoàn ñieän vôùi thanh led D1 – D8. Ñaët shunt treân jumper cho pheùp thanh led hoaït ñoäng. J4 Gôõ boû shunt treân jumper naøy khoâng cho keát noái nguoàn ñieän vôùiø led 7 ñoaïn U1. Ñaët shunt treân jumper cho pheùp led U1 hoaït ñoäng J7 Gôõ boû shunt treân jumper naøy khoâng cho keát noái nguoàn ñieän vôùiø led 7 ñoaïn U2. Ñaët shunt treân jumper cho pheùp led U2 hoaït ñoäng J13 Ñaët shunt treân jumper naøy, cho pheùp caùc led hoaït ñoäng khi ta ñang söû duïng maïch XSTEND vôùi maïch XS95. Neáu ñang söû duïng maïch XS40 vôùi maïch XSTEND thì ta gôõ boû shunt treân jumper naøy Baûng 1: Thieát laäp caùc Jumper cho maïch XSTEND Listing 1: Söï keát noái giöõa caùc led cuûa maïch XSTEND # LEFT LED DIGIT SEGMENT CONNECTIONS (ACTIVE-LOW)
NET LSB LOC=P3; NET LSB LOC=P4; NET LSB LOC=P5; NET LSB LOC=P78; NET LSB LOC=P79; NET LSB LOC=P82; NET LSB LOC=P83; NET LDPB LOC=P84; # # LEFT LED DIGIT SEGMENT CONNECTIONS (ACTIVE-LOW) NET RSB LOC=P59; NET RSB LOC=P57; NET RSB LOC=P51; NET RSB LOC=P56; NET RSB LOC=P50; NET RSB LOC=P58; NET RSB LOC=P60; NET RDPB LOC=P28; # #INDIVIDUAL LED CONNECTIONS (ACTIVE-LOW) NET DB LOC=P41; NET DB LOC=P40; NET DB LOC=P39; NET DB LOC=P38; NET DB LOC=P35; NET DB LOC=P81; NET DB LOC=P80; NET DB LOC=P10;