基于FPGA的图像采集传输处理系统的设计与实现
这是一篇关于FPGA,白平衡,伽马校正,JPEG压缩,MT9P001,DDR3的论文, 主要内容为随着信息化时代的到来,图像处理在人类社会发挥着越发重要的作用,但是传统的图像处理技术存在着数据输出速率慢、实时性差等特点,导致传统的图像处理技术已经逐渐无法满足人类的需求。而FPGA具有并行处理能力强,实时性好等特点,通过FPGA作为图像处理的开发平台可以在极大程度上弥补传统图像处理实时性差、处理速度慢的缺陷,所以本文提出了一种基于FPGA的图像采集传输处理系统。主要工作内容如下:(1)本设计采用Xilinx公司Zynq7000系列的XC7Z020CLG484作为核心主控芯片,选用VIVADO做为开发平台,在此基础上设计了基于FPGA的图像采集传输处理系统。系统集图像采集、数据存储、图像预处理、图像压缩以及数据传输功能为一体。(2)其中图像采集模块以MT9P001传感器为核心,实现图像捕获。提出了一种适用于MT9P001传感器的数据格式转换算法,将Bayer格式转换为RGB格式数据;数据存储模块利用片外存储器DDR3进行图像数据缓存。优化DDR3存储器接口,采用乒乓操作进行数据读写,结合双FIFO实现数据缓存,进一步提升系统性能;图像预处理模块包括伽马校正和白平衡处理,其中伽马校正算法主要对光源进行补偿,提升图像质量;白平衡算法主要是预测色温,对图像色彩进行还原,进一步提升图像质量。图像压缩模块实现了JPEG编码器,在压缩过程中对图像数据进行图像分割、色彩空间转换、DCT变换、量化、Huffman编码等操作。根据DCT变换的可分离性,设计了一种DCT变换模块,进一步节约芯片资源;数据传输模块通过千兆网口与上位机进行通信,将压缩后图像数据传到上位机,显示并保存图像。为了验证系统的准确性,设计了VGA显示模块,将采集的图像实时显示到VGA显示器。(3)对各个模块进行了MATLAB原理仿真、FPGA程序设计以及功能仿真,搭建硬件测试平台,对系统进行板级验证。测试结果表明,本设计达到了预期目标,实现了图像采集、数据存储、图像预处理等功能,最终显示出的图像质量良好,实时性强,验证了系统的可行性。
基于FPGA的高速eMMC阵列数据存储系统的设计与实现
这是一篇关于高速数据存储,FPGA,eMMC5.1,DDR3,USB3.0,HS200,HS400的论文, 主要内容为合成孔径雷达是一种全天候、全天时的高分辨率微波遥感成像雷达,广泛应用于军事和民用领域。近年来,随着合成孔径雷达技术的发展,成像质量和成像分辨率要求的提高,雷达回波的数据率和数据量大大增加,这对数据的存储提出了更高的要求。因此,研究高速、大容量的数据存储系统具有重要的意义。本文以机载合成孔径雷达为背景,设计并实现了一种基于FPGA的高速eMMC阵列数据存储系统。本文主要开展了以下几个方面的工作:首先,对雷达数据存储系统进行分析,提出了具体的功能需求和指标要求,设计了基于FPGA的高速eMMC阵列数据存储系统的实现方案。以FPGA为主控芯片,通过8片eMMC芯片组成阵列,采用并行操作的方式,提高了系统带宽和容量。以两组DDR3为缓存芯片,采用乒乓操作的方式进行读写控制,解决了瞬时速率与存储速率不匹配的问题;以光纤和USB3.0为对外数据接口,实现了存储系统与外部板卡或设备间的数据传输。其次,根据总体系统设计方案,进行了板卡的硬件电路设计,给出了具体的电路图和PCB设计过程,实现了板卡实物。然后,采用模块化的思路进行软件设计与实现,设计了eMMC5.1主控逻辑、DDR3缓存逻辑和USB3.0传输三大模块,详细阐述了每个模块的逻辑设计方案和工作流程,并通过verilog编程实现了各模块的功能,其中eMMC5.1主控逻辑模块设计和实现了HS200和HS400两种工作模式。最后,利用vivado软件和内嵌的逻辑分析仪,对系统进行功能的调试和读写速度测试,给出了调试结果和速度测试结果。本文设计和实现的基于FPGA的高速eMMC阵列数据存储系统,经过验证和测试,HS200模式下数据存储速率达到0.9GB/s,HS400模式下达到1.2GB/s,存储容量达到512GB,满足了存储系统的功能需求和指标要求,具有存储速度快、存储容量大和可靠性强等特点。
基于FPGA的图像采集传输处理系统的设计与实现
这是一篇关于FPGA,白平衡,伽马校正,JPEG压缩,MT9P001,DDR3的论文, 主要内容为随着信息化时代的到来,图像处理在人类社会发挥着越发重要的作用,但是传统的图像处理技术存在着数据输出速率慢、实时性差等特点,导致传统的图像处理技术已经逐渐无法满足人类的需求。而FPGA具有并行处理能力强,实时性好等特点,通过FPGA作为图像处理的开发平台可以在极大程度上弥补传统图像处理实时性差、处理速度慢的缺陷,所以本文提出了一种基于FPGA的图像采集传输处理系统。主要工作内容如下:(1)本设计采用Xilinx公司Zynq7000系列的XC7Z020CLG484作为核心主控芯片,选用VIVADO做为开发平台,在此基础上设计了基于FPGA的图像采集传输处理系统。系统集图像采集、数据存储、图像预处理、图像压缩以及数据传输功能为一体。(2)其中图像采集模块以MT9P001传感器为核心,实现图像捕获。提出了一种适用于MT9P001传感器的数据格式转换算法,将Bayer格式转换为RGB格式数据;数据存储模块利用片外存储器DDR3进行图像数据缓存。优化DDR3存储器接口,采用乒乓操作进行数据读写,结合双FIFO实现数据缓存,进一步提升系统性能;图像预处理模块包括伽马校正和白平衡处理,其中伽马校正算法主要对光源进行补偿,提升图像质量;白平衡算法主要是预测色温,对图像色彩进行还原,进一步提升图像质量。图像压缩模块实现了JPEG编码器,在压缩过程中对图像数据进行图像分割、色彩空间转换、DCT变换、量化、Huffman编码等操作。根据DCT变换的可分离性,设计了一种DCT变换模块,进一步节约芯片资源;数据传输模块通过千兆网口与上位机进行通信,将压缩后图像数据传到上位机,显示并保存图像。为了验证系统的准确性,设计了VGA显示模块,将采集的图像实时显示到VGA显示器。(3)对各个模块进行了MATLAB原理仿真、FPGA程序设计以及功能仿真,搭建硬件测试平台,对系统进行板级验证。测试结果表明,本设计达到了预期目标,实现了图像采集、数据存储、图像预处理等功能,最终显示出的图像质量良好,实时性强,验证了系统的可行性。
基于FPGA的图像采集传输处理系统的设计与实现
这是一篇关于FPGA,白平衡,伽马校正,JPEG压缩,MT9P001,DDR3的论文, 主要内容为随着信息化时代的到来,图像处理在人类社会发挥着越发重要的作用,但是传统的图像处理技术存在着数据输出速率慢、实时性差等特点,导致传统的图像处理技术已经逐渐无法满足人类的需求。而FPGA具有并行处理能力强,实时性好等特点,通过FPGA作为图像处理的开发平台可以在极大程度上弥补传统图像处理实时性差、处理速度慢的缺陷,所以本文提出了一种基于FPGA的图像采集传输处理系统。主要工作内容如下:(1)本设计采用Xilinx公司Zynq7000系列的XC7Z020CLG484作为核心主控芯片,选用VIVADO做为开发平台,在此基础上设计了基于FPGA的图像采集传输处理系统。系统集图像采集、数据存储、图像预处理、图像压缩以及数据传输功能为一体。(2)其中图像采集模块以MT9P001传感器为核心,实现图像捕获。提出了一种适用于MT9P001传感器的数据格式转换算法,将Bayer格式转换为RGB格式数据;数据存储模块利用片外存储器DDR3进行图像数据缓存。优化DDR3存储器接口,采用乒乓操作进行数据读写,结合双FIFO实现数据缓存,进一步提升系统性能;图像预处理模块包括伽马校正和白平衡处理,其中伽马校正算法主要对光源进行补偿,提升图像质量;白平衡算法主要是预测色温,对图像色彩进行还原,进一步提升图像质量。图像压缩模块实现了JPEG编码器,在压缩过程中对图像数据进行图像分割、色彩空间转换、DCT变换、量化、Huffman编码等操作。根据DCT变换的可分离性,设计了一种DCT变换模块,进一步节约芯片资源;数据传输模块通过千兆网口与上位机进行通信,将压缩后图像数据传到上位机,显示并保存图像。为了验证系统的准确性,设计了VGA显示模块,将采集的图像实时显示到VGA显示器。(3)对各个模块进行了MATLAB原理仿真、FPGA程序设计以及功能仿真,搭建硬件测试平台,对系统进行板级验证。测试结果表明,本设计达到了预期目标,实现了图像采集、数据存储、图像预处理等功能,最终显示出的图像质量良好,实时性强,验证了系统的可行性。
基于FPGA的油库物联网网络隔离系统研究
这是一篇关于物理网闸,PCIe总线,Aurora,DDR3,FPGA的论文, 主要内容为随着网络的飞速发展,各种信息和应用系统得到了快速普及和广泛应用,工业物联网也迅猛发展,但同时网络安全问题变得更加复杂。为了保护数据、知识产权、信息系统和关键基础设施的安全,网络安全已经成为各个领域面临的最大挑战之一。油料库站承担油料供给和能源保障的关键工作,其工控系统信息安全直接关系到油库作业的生产安全。因此迫切需要对油料库站等工业类内外网之间数据传输进行研究,实现数据的安全可靠传输。针对油库物联网对数据传输的要求,本文研制一套基于FPGA的油库物联网网络隔离系统,在保证安全的前提下,实现数据的高速可靠传输。本文对物理隔离网闸技术进行研究,依据自顶向下的方法,给出网络隔离系统的整体设计方案。论文内容包括以下几个方面:1.完成网络隔离系统的硬件平台搭建。网络隔离系统的硬件搭建主要指交换隔离卡芯片的选型配置以及电路功能的实现。基于网络隔离系统的硬件需求,选用Xilinx Kintex-7系列XC7K325T-2FFG900I芯片,选择PCIe总线用于交换隔离卡与上位机通信,两块板卡间的通信使用Aurora光纤协议,并采用DDR3 SDRAM实现数据的缓存,同时完成电源模块、时钟模块以及其他基本电路模块的实现。2.完成网络隔离系统的软件设计。软件设计主要包括交换隔离卡的逻辑设计和上位机驱动程序、应用程序设计。利用PCIe XDMA IP核设计PCIe通信模块,实现板卡与上位机之间的通信;基于Aurora IP核实现两块板卡间光纤数据的传输;同时设计数据控制模块和高速缓存模块,实现数据的高速缓存。在Linux环境下设计对PCIe交换隔离卡的驱动程序和应用程序,实现上位机主机对板卡进行控制从而完成信息交互。3.完成网络隔离系统的整体测试。采用两台PC主机分别模拟油料库站自建涉密办公网络和非涉密工控网络,通过光纤连接两块板卡构成网络隔离系统,对整个系统进行测试。在物理隔离的前提下,实现数据的安全高速传输,为后续工业物联网可靠高速的数据传输设计提供参考。
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