視頻采集中DMA控制的流橫式接口設計

摘要 研究一種基于片上可編程系統(SoPC)技術的視頻數據傳輸方案。該方案自定制了一個四口SDRAM控制器，并將其中的兩口設計成符合流模式傳輸規范的接口，作為一個SoPC外設掛在AValon總線上，方便重復使用。另外，采用DMA控制以流傳輸模式進行數據搬運，不僅可解放CPU，而且速度快、控制靈活，解決了視頻處理中數據路徑的優化問題。
關鍵詞 SoPC 流模式 SDRAM控制器 幀緩沖 DMA控制

引 言
隨著計算機技術、多媒體技術以及通信技術的發展，數字視頻技術得到了越來越廣泛的應用。在數字視頻技術的研究中，視頻數據傳輸是一個技術關鍵。本文針對視頻數據流數據量大、實時性要求高的特點，采用流模式傳輸，將視頻采集數據通過DMA從存儲資源緊張的片內緩存區搬運至片外SDRAM幀緩沖區，實現圖像的高速傳輸。
利用SoPC(System on Programmable Chip)片上可編程系統技術，將處理器、多口SDRAM控制器、DMAC、I2C接口等模塊集成到一塊FPGA上，實現視頻圖像的采集、存儲、傳輸和顯示。采用自定制組件的辦法，將多口sDRAM控制器封裝成符合流模式規范的一個外設掛在Avalon總線上，非常方便DMAC進行數據的搬運，并大大提高了系統的性能。

1 流模式傳輸規范
流模式傳輸是Altera Nios II嵌入式系統中的一種高級Avalon總線傳輸方式。這種傳輸模式在流模式主外設和流模式從外設之間建立一個開放的信道，以提供連續的數據傳輸。這個信道使得只要存在有效數據就能進行數據的流動，主設備不需要不斷地對從外設的狀態寄存器進行訪問。這樣使得主從端口之間的數據吞吐量達到最大，同時也避免了從外設的數據上溢或下溢。流傳輸模式最適合DMA傳輸。一個只包含流控制信號和一個計數器的*基金項目：深圳市科技計劃資助項目(200708)。DMA控制器就可以用來在一個從外設和一個存儲器之間連續地傳輸數據。

本設計采用流傳輸模式的從端口讀傳輸和從端口寫傳輸的方法。從端口讀傳輸中，除了要設計接收主端口發出的clk信號、address信號、read信號、chipselect信號和readdata信號之外，從外設還需要設置dataavailable信號有效來表示它能夠接收讀傳輸。從端口讀傳輸接口信號及其時序如圖1所示，由從外設發出的dataavailable有效時啟動流模式讀傳輸，數據通過DMA的搬運，開始連續不斷地由從外設流向主端口直至傳輸完成，傳輸的停止或中斷也由從外設來決定。同樣的道理，在寫傳輸中，要設計接收主端口發出的clk信號、address信號、write信號等基本從端口寫傳輸信號之外，從外設則需要設置ready-fordata信號有效來表示它能夠接收寫傳輸，圖2為從端口寫傳輸接口信號及其時序。此外，讀傳輸和寫傳輸中的endofpacket信號取決于用戶設計。