视频采集中DMA控制的流模式接口设计

关键词： DMA , 采集 , 接口 , 模式 , 视频

引言

随着计算机技术、多媒体技术以及通信技术的发展，数字视频技术得到了越来越广泛的应用。在数字视频技术的研究中，视频数据传输是一个技术关键。本文针对视频数据流数据量大、实时性要求高的特点，采用流模式传输，将视频采集数据通过DMA从存储资源紧张的片内缓存区搬运至片外SDRAM帧缓冲区，实现图像的高速传输。

利用SoPC(System on Programmable Chip)片上可编程系统技术，将处理器、多口SDRAM控制器、DMAC、I2C接口等模块集成到一块FPGA上，实现视频图像的采集、存储、传输和显示。采用自定制组件的办法，将多口sDRAM控制器封装成符合流模式规范的一个外设挂在Avalon总线上，非常方便DMAC进行数据的搬运，并大大提高了系统的性能。

1 流模式传输规范

流模式传输是Altera Nios II嵌入式系统中的一种高级Avalon总线传输方式。这种传输模式在流模式主外设和流模式从外设之间建立一个开放的信道，以提供连续的数据传输。这个信道使得只要存在有效数据就能进行数据的流动，主设备不需要不断地对从外设的状态寄存器进行访问。这样使得主从端口之间的数据吞吐量达到最大，同时也避免了从外设的数据上溢或下溢。流传输模式最适合DMA传输。一个只包含流控制信号和一个计数器的*基金项目：深圳市科技计划资助项目(200708)。DMA 控制器就可以用来在一个从外设和一个存储器之间连续地传输数据。

2010-2-22 14:35:07 上传

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本设计采用流传输模式的从端口读传输和从端口写传输的方法。从端口读传输中，除了要设计接收主端口发出的clk信号、address信号、 read信号、chipselect信号和readdata信号之外，从外设还需要设置dataavailable信号有效来表示它能够接收读传输。从端口读传输接口信号及其时序如图1所示，由从外设发出的dataavailable有效时启动流模式读传输，数据通过DMA的搬运，开始连续不断地由从外设流向主端口直至传输完成，传输的停止或中断也由从外设来决定。同样的道理，在写传输中，要设计接收主端口发出的clk信号、address信号、 write信号等基本从端口写传输信号之外，从外设则需要设置ready-fordata信号有效来表示它能够接收写传输，图2为从端口写传输接口信号及其时序。此外，读传输和写传输中的endofpacket信号取决于用户设计。

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2 SoPC系统结构

如图3所示，SoPC系统以32位Nios II处理器为核心，将所有的接口模块集成到一块FPGA内。其中，多口SDRAM控制器作为一个自定制外设与其他通用外设(DMA控制器、SRAM控制器、Flash接口等)一同挂在Avalon总线上，并与图像采集模块、VGA显示控制模块以及12C通信模块等一起构成SoPC视频采集系统。本设计中，片外SDRAM容量较大，作为视频数据源缓冲区以及显示缓冲区；片外SRAM速度快但资源有限，可用于视频处理缓冲区。从SDRAM(数据源)到 SRAM(处理缓冲区)以及从SRAM(处理缓冲区)到SDRAM(显示缓冲区)的传输，则由DMAC采用流模式的方法来实现数据的搬运。

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3 流模式接口的设计

(1)四口SDRAM控制器

本系统采用片外SDRAM作为帧缓冲区，而对SDRAM使用的关键在于其控制接口的设计。在SoPCBuilder集成开发软件中，可直接使用系统元件库提供的单口SDRAM控制器，但是该控制器IP核无法满足采集、传输和显示同时进行的要求。因此，自定制了一个四口SDRAM控制器。如图4所示，该四口SDRAM控制器中的2个端口用于流模式的读和写，另外2个端口一个作为图像数据源输入，还有一个作为VGA显示输出。

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