1 引言

　　目前，紅外熱像儀應(yīng)用廣泛，多用于偵查或監(jiān)控，并且大部分紅外熱像儀并沒有配備大容量存儲器，但在一些特殊場合如導(dǎo)彈發(fā)射試驗中的跟蹤導(dǎo)彈的飛行軌跡，需要記錄整個過程，以備事后分析。因此，基于系統(tǒng)設(shè)計體積和功耗考慮，這里提出一個基于FPGA的視頻圖像存儲與回放系統(tǒng)設(shè)計方案。該系統(tǒng)采用16片1 GB NAND Flash，紅外熱像儀輸出的每場320x240個像素點，場頻50 Hz，16 bit的不壓縮數(shù)字視頻圖像并保持至少30 min。為了擴展數(shù)據(jù)存儲量，該系統(tǒng)還配備USB通信接口，便于將記錄數(shù)據(jù)上傳至計算機，或?qū)⒂嬎銠C保存數(shù)據(jù)下載到該系統(tǒng)播放。

　　2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

　　系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，F(xiàn)PGA將接收的視頻數(shù)據(jù)編幀后送至Flash進行存儲，播放時讀取數(shù)據(jù)并按特定時序送至視頻D／A轉(zhuǎn)換器，再經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后送至電視機。USB單片機除與計算機傳輸數(shù)據(jù)外，還可通過I2C總線配置視頻D／A轉(zhuǎn)換器的寄存器以及顯示控制LCD模塊。

　　考慮到該系統(tǒng)FPGA的內(nèi)部各模塊邏輯復(fù)雜，尤其是在視頻回放時需要多種控制方式，如暫停、快進快退、慢放慢退、逐場播放回放等，實現(xiàn)這些控制需占用較多的邏輯資源，因此，F(xiàn)PGA選用Xilinx公司的Spartan-IIE系列的XC2S-150E-6P0208，該器件內(nèi)部邏輯高達15萬門，具有48 Kbit的Block RAM，可作為FIFO。

　　視頻D／A轉(zhuǎn)換器選用ADV7175A，該器件是一款性能卓越的數(shù)字視頻編碼器。可將符合CCIR601 4：2：2標準的數(shù)字視頻信號轉(zhuǎn)換為標準的PAL/NTSC制的全電視信號，轉(zhuǎn)換精度為10 bit，采用單一27MHz的時鐘源，SNR最高達80 dB，其內(nèi)部D／A轉(zhuǎn)換器的獨立開關(guān)可降低系統(tǒng)功耗。

　　根據(jù)該系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲順序進行操作，其存儲器選用K9K8G08IJOM型NAND Flash。該器件的容量為8 Gbit，是由8 192個塊組成，每塊由64頁組成，8位I／O總線作為命令、地址、數(shù)據(jù)總線分時復(fù)用。

　　USB通信部分選用CY7C68013A。該器件是新一代高速EZ—USB FX2．內(nèi)部集成了USB 2．0收發(fā)器，其SIE（串行接口引擎）可工作在高速（480 Mh／s）傳輸速率下，具有USB2．0的全帶寬；CPU采用增強型805l，具有更快的運行速度；簡單易用的可編程邏輯接口（GPIF）為外部的FPGA提供無縫連接四；另外還具有其3．3 V的工作電壓和內(nèi)部集成的I2C總線控制器。

　　2．1 Flash讀寫速度的匹配

　　由于16片F(xiàn)lash并聯(lián)，存儲數(shù)據(jù)時，F(xiàn)PGA只能對一片F(xiàn)lash操作，又因為Flash的頁編程時間過長（最大為700μs），所以存儲時應(yīng)在寫完第一片F(xiàn)lash的第一頁后接著寫第二片F(xiàn)lash，當輪詢完其余15片F(xiàn)lash后再回寫第一片F(xiàn)lash的第二頁，這樣可免去頁編程等待時間，如圖2所示。另外還需考慮：寫完15片F(xiàn)lash的page0的最短時間為25 ns（Flash的最小讀數(shù)周期）×2 048（每頁2 K字節(jié)）×15（片）=768μs，該時間大于頁編程時間700μs，即寫完其余15片F(xiàn)lash的page0后，再回寫第一片F(xiàn)lash的pagel，而第一片F(xiàn)lash的頁編程已結(jié)束，這樣則不會造成數(shù)據(jù)丟失。

　　視頻回放時要考慮Flash與ADV7175A之間的讀數(shù)速度匹配問題。最壞情況下：ADV7175拾取數(shù)據(jù)時鐘是13．5 MHz如圖3所示。假設(shè)每個時鐘周期都是有效數(shù)據(jù)，F(xiàn)lash的讀數(shù)時鐘周期TR最小值為25 ns，即極限讀數(shù)速度為：fMAX=1／25 ns=40 MHz》13．5 MHz，滿足系統(tǒng)要求。但Flash的頁讀緩沖時間tMAX=20μs，即每讀取2 K字節(jié)需等待時間20μs（最大值）。要滿足數(shù)據(jù)的連續(xù)性，需在Flash和ADV7175之間建立緩沖模塊，則采用l KB的深度足以滿足系統(tǒng)要求。