基于FPGA的圖像處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法研究.pdf

1、隨著圖像處理系統(tǒng)精確化、高速化和高度集成化的持續(xù)發(fā)展，其對(duì)數(shù)據(jù)處理速度的要求越來(lái)越高，對(duì)體積、功耗和升級(jí)能力的約束越來(lái)越嚴(yán)格，單純使用DSP或ASIC的圖像處理系統(tǒng)已很難滿足上述需求。大量實(shí)踐證明，F(xiàn)PGA的并行處理能力與流水線作業(yè)能顯著地提高圖像處理的速度，基于FPGA的可重構(gòu)處理器在加速圖像處理應(yīng)用方面也日益重要。鑒于此，論文圍繞基于FPGA的圖像處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法開(kāi)展了相關(guān)研究工作。
　　首先，論文針對(duì)高速圖像處理系統(tǒng)的硬件需

2、求，綜合考慮FPGA的粒度、邏輯資源、計(jì)算資源等幾方面內(nèi)容，選擇了高性能FPGA原型驗(yàn)證系統(tǒng)DE3作為開(kāi)展圖像處理系統(tǒng)的硬件平臺(tái)。在此基礎(chǔ)上，采用多級(jí)流水和并行處理結(jié)構(gòu)，充分利用FPGA片上豐富的邏輯資源和嵌入式DSP運(yùn)算資源，實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)計(jì)排序?yàn)V波、空域模板濾波等數(shù)據(jù)量大、處理速度要求高且運(yùn)算結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單的圖像底層處理算法的設(shè)計(jì)，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方法的有效性。其次，采用可重構(gòu)計(jì)算技術(shù)，將RISC軟處理器、可重構(gòu)計(jì)算單元、圖像輸入輸出控制模塊、存

3、儲(chǔ)器控制模塊等集成于FPGA中，實(shí)現(xiàn)了RISC軟處理器和可重構(gòu)計(jì)算單元的緊耦合結(jié)構(gòu)，并基于此結(jié)構(gòu)解決了算法控制結(jié)構(gòu)復(fù)雜時(shí)，難于純硬件實(shí)現(xiàn)的問(wèn)題。最后，提出一種基于鏡像緩存機(jī)制的自適應(yīng)重配置方法，通過(guò)對(duì)不同應(yīng)用狀態(tài)下的配置信息緩存及自適應(yīng)重配置方法的研究，滿足未來(lái)圖像處理應(yīng)用中潛在的高速升級(jí)能力需求。
　　實(shí)際驗(yàn)證結(jié)果表明，基于單片粗粒度FPGA的圖像處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，可充分支持多級(jí)流水技術(shù)和可重構(gòu)計(jì)算技術(shù)的應(yīng)用設(shè)計(jì)，能夠滿足不同層