13、FPGA 嵌入式系统接口技术全解析

FPGA 嵌入式系统接口技术全解析

1. 接口概述

在嵌入式视觉系统中，FPGA 往往需要与多个外设相连，每个外设都需要在 FPGA 内有对应的接口。这些接口负责数据传输、格式转换以及提供外设所需的控制信号，可看作设备驱动，屏蔽了物理接口的底层复杂性。

在与外部设备接口时，要考虑设备自身的时钟频率，接口可能需跨越时钟域，确保不同时钟域间的可靠通信，同时合理设计缓冲区以防止数据丢失。

2. 相机输入

在嵌入式视觉系统里，常需连接相机或其他视频输入设备，不同相机有不同的格式和通信协议。

2.1 相机接口标准

• 模拟视频 ：单色模拟相机将视频信号编码为与场景中某点光强成正比的模拟电压。输出采用隔行光栅扫描，通过同步脉冲同步系统。常见的彩色表示技术有分量视频、S 视频和复合视频。不同视频标准（如 NTSC、PAL、SECAM）的扫描线数量和帧率不同。建议使用模拟视频解码器芯片进行信号处理，它能自动检测信号标准并完成相应处理。与编解码器的通信有两种形式：数字视频流及同步信号可直接连到 FPGA；编解码器配置和状态查询常用 I2C 等低速串行通信协议。
• 直接接口 ：数字视频相机逐渐取代模拟相机，嵌入式设备中可直接连接数字传感器芯片。CMOS 传感器有多种操作模式，如开窗、跳行和合并像素。直接连接传感器的缺点是信号路径要短，否则可选用有标准接口的现成相机。
• Firewire 和 USB ：许多消费级相机有 USB 或 Firewire 接口，直接连接到 F