多通道单链路摄像机控制器的优化设计
本文关键词: FPGA 摄像机控制器 优化 出处:《西安电子科技大学》2015年硕士论文 论文类型:学位论文
【摘要】:现场可编程逻辑器件(FPGA)具有灵活高效的特点,在我国的航天电子系统中被广泛应用。随着航天系统的复杂度日益提升,FPGA在整个系统中所占的比例逐步提升,其在整个电子系统中的作用也日渐增强。航天工程对系统的可靠性要求非常高,对FPGA等这类关键器件的可靠性要求尤其严格。系统的高复杂度和高可靠性要求构成了一对难于调和的矛盾。在国家航天工程重大专项子项课题的支持下,我们完成了一套多通道单链路摄像机控制器的设计。该控制器接收五路相机输出的数字视频,并对其进行压缩编码处理。不同通道的相机分辨率各异,每一通道支持视频或静止图像压缩编码,多个通道之间可产生多种组合工作模式。系统整体结构复杂、接口多、运算量大,其FPGA设计面临较大的挑战。在完成第一版设计后,FPGA设计的资源占用率和时钟频率均不满足系统的降额要求。本文对第一版设计中存在的问题进行了系统的、自上而下的分析,并对工程中存在的问题进行了多项优化设计,完成了优化设计的代码实现,并在实际系统中进行了大量验证。论文采用对比分析的方法,以工程实例为依托,系统地介绍了整个工程的优化设计过程,并对其中的关键点进行了深入剖析。论文首先从层次划分上对工程设计的架构进行了分析和优化;在满足相机组合工作模式的前提下,对相机数据缓冲策略进行了优化;通过整合数据块,对外部数据存储方式进行了优化;通过修改代码风格对综合结果进行了优化;通过适合的算法对图像处理效率进行了优化。除此之外,论文对时序约束优化,以及如何用评估工具进行分析等也都做了深入分析。采用本文中介绍的优化方法,我们完成了第二版工程的设计。所完成的设计FPGA资源占用率从86%降至64%,实际可运行的最高时钟频率从96MHz提升至103.72MHz,圆满完成了既定的优化目标。论文中分析对比的FPGA工程优化设计方法具有较强的普适性,对其他航天FPGA工程的优化设计有一定的参考意义。
[Abstract]:Field programmable logic device (FPGA) has the characteristics of flexibility and high efficiency, is widely used in aerospace electronic system of our country. With the increasing complexity of aerospace systems, FPGA in the whole system of proportion increased gradually, the whole electronic system in effect also increased gradually. The aerospace engineering is very high the requirements for the system reliability, the reliability of the key devices in FPGA and other requirements are especially strict. System requirements of high complexity and high reliability constitute a difficult to reconcile the contradictions. In the major special sub national aerospace engineering project support, we completed the design of a multi channel single camera controller. The controller receives the five output digital video camera, and carries on the compression encoding. The resolution of the camera at different channels, each channel support video or image compression encoding, multiple Can produce a variety of combination mode between channels. The whole structure of the system is complex, multi interface, large amount of computation, the FPGA design is facing greater challenges. In the first edition was finished after the design, the design of FPGA resource occupancy rate and clock frequency are not meet the system requirements. Reducing the amount of this paper on the existing design of the first version the problems in the top-down analysis, and the engineering problems in a number of optimization design, the optimization design of the code, have done a lot and verified in the actual system. The paper adopts the method of comparative analysis, based on the engineering examples, systematically introduces the optimization design process of the whole project, and it is one of the key points are analyzed. Firstly, the engineering design of the architecture from the hierarchy of analysis and optimization; in order to meet the demand of camera mode, camera number According to the buffer strategy is optimized; through the integration of data blocks, the external data storage is optimized; modify the code style on the synthesis result is optimized; through the suitable algorithm for image processing efficiency is optimized. In addition, the timing constraint optimization, and how to use the evaluation tools for the analysis are also to do in-depth analysis. By using the optimization method presented in this paper, we completed the design of the second version of the project. The design of FPGA resource occupancy rate from 86% to 64%, the actual operation of the highest clock frequency increased from 96MHz to 103.72MHz, the successful completion of the optimization goals. The universality of FPGA project optimization design method of contrast analysis, has certain reference significance for the design and optimization of other FPGA aerospace engineering.
【学位授予单位】:西安电子科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TN948.41
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本文编号:1455410
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