基于FPGA图像存储系统的图像采集技术研究(2)
1.1 本课题研究背景及现状
1.2 本文内容安排和研究内容
本文对通过将可编程芯片设计的知识，应用基于Camera-Link接口高分辨率CCD相机拍摄的大量数字图像存储中，解决需要大容量的存储系统实际问题。
本文由以下几部分组成：第一部分介绍了本课题的研究意义、背景及内容安排。第二部分对FPGA简要介绍，叙述了其工作原理和应用，并介绍了FPGA中常见的几种产品系列及其特点，再介绍Camera-Link接口芯片原理、结构及应用。同时介绍闪存的原理及特点。第3部分介绍了数字采集方面的知识，通过对各个芯片内部结构的介绍，使得信号在彼此之间转化，实现可以将信号存入图像采集单元模块并读出，以实现图像的采集。然后基于硬件描述语言编写相关软件并进行软件仿真。最后，给出了本文的结论。
2 FPGA与Camera-Link工作原理
2.1 FPGA的基本原理
现场可编程门阵列FPGA是一种高密度专用集成电路，它可以由用户无限次数的进行编程，并且由用户自定义进行配置，加载速度也比较快。
FPGA适合并行运算，硬件本身的更改更具有灵活性，目前容量已经达到了千万门级，运算速度得到了大大的提高，而且已经出现了支持FPGA应用的IP核。FPGA包含大量的逻辑资源可实现复杂数字系统的设计。搭建功能强大的多媒体处理系统，是定制ASIC技术的原型和可编程替代方案。对于不同的多媒体处理要求，设计者只需要用软件修改FPGA内部的逻辑功能即可满足。FPGA由逻辑功能块排列成阵列组成，并由可编程的内部连线连接这些逻辑功能块来实现不同的设计，具有更高密度，更大容量，更复杂的布线结构和逻辑实现。
2.1.1 Spartan-Ⅱ结构和原理
Xilinx公司是世界上最大的可编程逻辑器件供应商，有Spartan类和Virtex类两大FPGA产品，Xilinx FPGA器件是基于LUT结构设计的可编程逻辑芯片。本文就其中一种进行介绍，以进一步了解FPGA的芯片及特点。
Spartan-Ⅱ主要包括CLB，I/O块，RAM块和DLL。
1.可配置逻辑块（CLK）
每个CLB包含4个Slice，本地布线资源提供在同一个CLB内Slice之间的连接，以及和相邻CLB之间的连接。切换矩阵模块提供Slice与通用布线资源的连接。CLB中包含2个三态缓冲，可以被16个输出访问。
2.I/O块
FPGA的I/O块为芯片提供各种输入/输出端口。
3.RAM块
在Spartan-Ⅱ系列FPGA中有几个大的RAM块。这些RAM块是按列排列。每个RAM是一个完全同步的4096bit的双端RAM，其中每一端都有独立的控制信号，可独立配置两个端口的数据宽度。
4.延迟锁相环（DLL）
Spartan-Ⅱ系列FPGA中，与每个全局时钟输入缓冲器相连一个数字式的延迟锁相环。
2.1.2 Xilinx公司FPGA最主要的特性
（1） 可编程输入/输出单元：适应各种I/O标准。
（2） 可编辑逻辑单元：4/6输入查找表+触发器；
（3） 可编程布线资源：多层次基于矢量的互连。
新增加的各种功能模块：
（1） 嵌入式块RAM：双口4KB/18KB/36KB；
（2） 嵌入式功能模块：乘法器/DSP 模块/DLL/PLL，可实现复杂算法运算和数字信号处理；
（3） 嵌入式专用IP核：PowerPC硬核/Microblaze软核，可实现可配置的SoC、SoPC嵌入式系统设计。
2.2 Camera-Link接口芯片原理
2.2.1 Camera-Link接口电路设计
Camera Link是基于美国国家半导体公司的Channel Link技术，是以LVDS作为基础对图像进行传输。一个Channel link借口通过5对LVDS引脚提供28个数据信号和一个与之相关的时钟信号的单向传输，其中一对用于时钟，另外4对通过多路复用的方式传输28个数据信号。为了实现多路复用，需要对数据进行7：1的串行化。