PLD概述与视频图像处理系统设计

可编程逻辑器件概述 可编程逻辑器件（PLDs），特别是ARM Cortex-A系列（ARMv8架构）编程手册中的核心内容，涵盖了PLD的历史发展和主要类型。自20世纪70年代晚期美国MMI公司推出可编程阵列逻辑（PAL）以来，PLDs经历了多个阶段的进步。PAL作为最早的可编程器件之一，随后通用阵列逻辑（GAL）和复杂可编程逻辑器件（CPLD）相继出现，它们分别代表了早期PLD的不同阶段。 早期的PLD如PAL和GAL，主要特点是只有可编程只读存储器（PROM）、紫外线可擦除只读存储器（EPROM）和电可擦除只读存储器（EEPROM）等有限类型，规模较小，适合实现简单的逻辑功能。相比之下，CPLD具有更丰富的逻辑资源，能够设计大规模的逻辑电路，灵活性更高。 PLDs的核心设计通常包含“与门”和“或门”，通过这些基本单元可以构建各种复杂的逻辑组合。典型的PLD如PAL和GAL，虽然能提供较好的速度特性，但受制于简单结构，它们适用于小规模逻辑设计。而CPLD作为复杂PLD的一个分支，提供了更多的设计可能性，尤其在处理大规模逻辑电路时更具优势。 在本文的系统设计方案部分，针对图像采集系统的实时性和高速化需求，作者对两种常见的方案进行了分析。一种是基于CPLD/FPGA（Field-Programmable Gate Array）的方案，结合USB/PCI/ISA接口与PC进行通信；另一种则是CPLD/FPGA配合数字信号处理器（DSP）的方式，通过USB/PCI/ISA进行数据交换。本文选择了一种特定的系统设计，包括了硬件结构的搭建、工作原理的阐述，以及关键器件如SAA7113视频信号采集模块、SDRAM突发读写控制器、USB2.0视频图像传输控制等的详细设计。 视频信号采集过程涉及SAA7113的寄存器配置，该芯片被用于控制视频信号的输入和处理。文章还讨论了FPGA如何实现对SAA7113的配置，以及如何设计仿真模型和同步信号生成模块。此外，还包括了SDRAM控制器的设计，确保数据的有效存储和传输。 在USB2.0视频图像传输部分，重点在于FPGA设计的SLAVE FIFO控制器，其结构和状态机设计，以及与外部设备（如FX2固件）和PC机应用程序的交互。这些设计旨在实现高速、低延迟的数据传输，满足图像实时采集和处理的要求。 本篇论文深入探讨了PLDs在图像采集系统中的应用，特别是在现代技术背景下，如何利用CPLD/FPGA和DSP等高性能器件，结合最新的接口技术，实现实时、高效的视频信号处理，以适应不断发展的市场需求。