基于虛擬圖像注入的目標(biāo)模擬器設(shè)計(jì)

　　所以寄存器SCIHBAUD和SCILBAUD中的值分別為00H和60H。
　　FPGA程序結(jié)構(gòu)圖如圖5所示，設(shè)計(jì)中使用Verilog HDL硬件描述語(yǔ)言進(jìn)行時(shí)序設(shè)計(jì)。

　　從圖5可以看出，采用模塊化的設(shè)計(jì)方法，圖像數(shù)據(jù)的寫操作和讀操作分別工作在兩個(gè)不同的時(shí)鐘域內(nèi)，數(shù)據(jù)的寫入是連續(xù)的，數(shù)據(jù)的讀出是按照一定的幀頻和行頻進(jìn)行的。本設(shè)計(jì)采用雙端口RAM構(gòu)造異步FIFO的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。一方面要解決異步FIFO設(shè)計(jì)中存在的難點(diǎn)；另一方面要與Camera Link接口進(jìn)行視頻數(shù)據(jù)的同步控制，生成場(chǎng)同步信號(hào)FAVAL和行同步信號(hào)LVAL。
　　整個(gè)程序可分為6個(gè)模塊。其中FIFO控制器模塊中包含一個(gè)雙端口RAM，用來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)及控制讀寫操作；寫地址與滿標(biāo)志邏輯生成寫地址并產(chǎn)生滿標(biāo)志，寫地址和寫使能由DSP提供；讀地址與空標(biāo)志邏輯生成讀地址并產(chǎn)生空標(biāo)志，讀時(shí)鐘由系統(tǒng)時(shí)鐘通過(guò)計(jì)數(shù)分頻得到。因?yàn)樽x操作要在LVAL信號(hào)的控制下完成，所以讀使能信號(hào)使用LVAL，其中空、滿狀態(tài)通過(guò)增加標(biāo)志位和劃分地址空間來(lái)產(chǎn)生；比較邏輯用來(lái)異步比較讀、寫地址，并產(chǎn)生將滿、將空信號(hào)，其中讀、寫地址用格雷碼指針表示。該設(shè)計(jì)很好地解決了異步FIFO設(shè)計(jì)中存在的兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，即降低了電路中亞穩(wěn)態(tài)的出現(xiàn)概率，正確產(chǎn)生了空、滿狀態(tài)邏輯[3]。FVAL和LVAL的計(jì)算方法如下所述。
　　設(shè)計(jì)中像素時(shí)鐘信號(hào)PIXCLK的頻率為10 MHz。模擬的圖像數(shù)據(jù)的像素為320×240，幀頻為50 Hz，即每秒傳輸50幀圖像。行同步信號(hào)LVAL和幀同步信號(hào)FVAL均由像素時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)產(chǎn)生，其時(shí)序如圖6所示。

　　圖6中，P1為35個(gè)PIXCLK時(shí)鐘周期；A為320個(gè)PIXCLK；即一行包含320個(gè)像素點(diǎn)；Q為47個(gè)PIXCLK；P2為13個(gè)PIXCLK，幀同步信號(hào)FVAL為低電平的時(shí)間是111 872個(gè)PIXCLK。一幀圖像包含240行有效數(shù)據(jù)，可計(jì)算出傳輸一幀圖像信號(hào)的時(shí)間為240×(A+Q)+P1+P2+111 872=200 000個(gè)PIXCLK時(shí)鐘周期，幀頻為10 MHz÷200 000=50 Hz[4]。
5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
　　將DSP程序和FPGA程序下載到實(shí)驗(yàn)板中，使用開發(fā)工具Quartus II6.0中自帶的邏輯分析儀SignalTap對(duì)試驗(yàn)中的主要信號(hào)進(jìn)行采樣監(jiān)測(cè)，采樣結(jié)果如圖7所示。其中data為寫入數(shù)據(jù)，wraddress為寫地址，rdata為讀出數(shù)據(jù)，raddress為讀地址。當(dāng)行有效信號(hào)lval為低時(shí)讀操作停止，當(dāng)寫滿信號(hào)為高時(shí)數(shù)據(jù)停止寫入。結(jié)果表明信號(hào)時(shí)序準(zhǔn)確，數(shù)據(jù)和地址沒有毛刺現(xiàn)象。最后將實(shí)驗(yàn)板連接到圖像采集卡，模擬的圖像像素是320×240，頻率是50 Hz，通過(guò)觀看采集卡采集的圖像，表明圖像時(shí)序穩(wěn)定，能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

　　設(shè)計(jì)中采用新的虛擬圖像注入方法的目標(biāo)模擬器為訓(xùn)練系統(tǒng)提供目標(biāo)的圖像數(shù)據(jù)，該方法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單。基于Camera Link接口協(xié)議的圖像信號(hào)采用LVDS方式傳輸，增加了傳輸距離，提高了傳輸過(guò)程中的信號(hào)精度。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)測(cè)定圖像數(shù)據(jù)信號(hào)穩(wěn)定、可靠，各項(xiàng)指標(biāo)與目前光電跟瞄設(shè)備采用的紅外熱像儀輸出圖像格式吻合，實(shí)時(shí)性滿足要求，能夠很好地完成操作手對(duì)光電跟瞄設(shè)備的跟蹤訓(xùn)練和日常維護(hù)的任務(wù)。