視頻采集中DMA控制的流橫式接口設計

2 SoPC系統結構
如圖3所示，SoPC系統以32位Nios II處理器為核心，將所有的接口模塊集成到一塊FPGA內。其中，多口SDRAM控制器作為一個自定制外設與其他通用外設(DMA控制器、SRAM控制器、Flash接口等)一同掛在Avalon總線上，并與圖像采集模塊、VGA顯示控制模塊以及12C通信模塊等一起構成SoPC視頻采集系統。本設計中，片外SDRAM容量較大，作為視頻數據源緩沖區以及顯示緩沖區；片外SRAM速度快但資源有限，可用于視頻處理緩沖區。從SDRAM(數據源)到SRAM(處理緩沖區)以及從SRAM(處理緩沖區)到SDRAM(顯示緩沖區)的傳輸，則由DMAC采用流模式的方法來實現數據的搬運。

3 流模式接口的設計
(1)四口SDRAM控制器
本系統采用片外SDRAM作為幀緩沖區，而對SDRAM使用的關鍵在于其控制接口的設計。在SoPCBuilder集成開發軟件中，可直接使用系統元件庫提供的單口SDRAM控制器，但是該控制器IP核無法滿足采集、傳輸和顯示同時進行的要求。因此，自定制了一個四口SDRAM控制器。如圖4所示，該四口SDRAM控制器中的2個端口用于流模式的讀和寫，另外2個端口一個作為圖像數據源輸入，還有一個作為VGA顯示輸出。

由于數據采集、VGA監控、流模式傳輸數據流速度與SDRAM控制器存取不匹配，因此，對于這四口中的任何一個口，都用FIFO來對數據進行緩沖，以協調數據的同步而不至于錯位。而每個FIFO都有個水位檢測器，當水位到半滿時根據仲裁電路判斷的優先級啟用SDRAM讀寫命令，以100 MHz(系統時鐘頻率50 MHz)的頻率根據用戶給定的地址信號進行批量數據的存取，從而滿足了四口并用的要求。該SDRAM控制器的內部結構如圖5所示。