本文關(guān)鍵詞：基于ZYNQ的高速圖像采集處理平臺設(shè)計與驗證

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【摘要】：以“制造業(yè)的智能化”為宗旨的工業(yè)4.0時代已經(jīng)到來。工業(yè)4.0的核心是以智能識別、智能檢測、智能互聯(lián)以及智能控制等為基礎(chǔ)的高能效的智能工廠。包含巨大信息量的圖像視覺技術(shù)將為智能識別檢測處理提供有力的支持。圖像視覺技術(shù)的核心是高速圖像采集處理,其傳統(tǒng)工作方式是采用“后端智能化”的工作方式,即前端用攝像頭采集圖像,通過視頻采集卡傳輸至后端工業(yè)電腦,進行圖像分析及處理。本文基于“智能移向前端”的新趨勢提出采用ZYNQ SOPC搭建分布式的高速圖像采集處理平臺,充分利用它集成了處理器的軟件可編程性和FPGA的硬件可編程性所帶來的強大系統(tǒng)性能,把越來越多的圖像采集、處理和實時分析做到攝像頭端,滿足日益增長的實時性和分布式要求。針對所提出平臺,本文規(guī)劃驗證原型,并自主完成板卡設(shè)計及運行其上的邏輯程序和軟件程序開發(fā)。板卡設(shè)計部分,本文以ZYNQ SOPC為核心完成相應(yīng)原理圖設(shè)計,然后基于Cadence的Sigrity工具對板卡關(guān)鍵信號鏈路的信號完整性進行仿真分析和對板卡的核心模塊的電源完整性進行分析驗證,依據(jù)分析結(jié)果設(shè)計相應(yīng)約束,然后在約束驅(qū)動下完成版圖設(shè)計。系統(tǒng)邏輯程序開發(fā)及軟件程序開發(fā)部分,基于SerDes, AXI協(xié)議等相關(guān)技術(shù)研究及工業(yè)現(xiàn)場要求,設(shè)計高速圖像傳感器接口,高速圖像數(shù)據(jù)傳輸通道,高速圖像實時顯示接口等IP,采用Xilinx公司的Vivado Design Suite開發(fā)套件完成這些IP的仿真,并進一步建立基于AXI4的互聯(lián)系統(tǒng)。然后,采用Xilinx公司的SDK開發(fā)驅(qū)動程序及應(yīng)用軟件,完成軟硬件系統(tǒng)整體搭建。最后,在系統(tǒng)基礎(chǔ)測試中,被測物體清晰無抖動顯示在屏幕上,驗證系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性；在測試儀表表針轉(zhuǎn)速的應(yīng)用試驗中,當(dāng)以每秒800幀的速度采集分辨率為320x240的圖片時,沒有發(fā)現(xiàn)圖像錯亂和丟失,并準(zhǔn)確得出儀表轉(zhuǎn)速,進一步驗證圖像采集處理分析的正確性。結(jié)合相應(yīng)的運行于ARM或者FPGA的圖像處理模塊及其他控制相關(guān)模塊,本平臺不僅能實現(xiàn)圖像采集處理,還能實現(xiàn)設(shè)備控制,從而更好的服務(wù)于工業(yè)現(xiàn)場。
【關(guān)鍵詞】：ZYNQ 機器視覺 高速圖像采集 LVDS 信號完整性&電源完整性
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP391.41
【目錄】：

• 摘要10-11
• ABSTRACT11-13
• 第一章 緒論13-17
• 1.1 課題背景13
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-15
• 1.3 課題來源與研究內(nèi)容15
• 1.4 論文結(jié)構(gòu)安排15-17
• 第二章 相關(guān)理論與關(guān)鍵技術(shù)17-29
• 2.1 圖像采集處理核心ZYNQ介紹17-20
• 2.1.1 可編程邏輯單元PL18
• 2.1.2 處理器系統(tǒng)PS18
• 2.1.3 PS與PL互聯(lián)18-19
• 2.1.4 存儲器系統(tǒng)19-20
• 2.2 平臺關(guān)鍵技術(shù)介紹20-29
• 2.2.1. 信號完整性分析20-23
• 2.2.2 電源完整性分析23-24
• 2.2.3 AXI互聯(lián)協(xié)議24-29
• 第三章 高速圖像采集處理平臺板卡設(shè)計29-52
• 3.1 板卡原理圖設(shè)計30-37
• 3.1.1 圖像采集處理核心電路設(shè)計30-31
• 3.1.2 存儲電路設(shè)計31-33
• 3.1.3 圖像傳感器電路設(shè)計33-34
• 3.1.4 顯示電路接口設(shè)計34
• 3.1.5 控制接口電路設(shè)計34-35
• 3.1.6 電源電路設(shè)計35-37
• 3.2 板卡PCB設(shè)計37-52
• 3.2.1 核心板疊層結(jié)構(gòu)設(shè)計與工藝要求37-39
• 3.2.2 基于電源完整性的多電源軌供電系統(tǒng)設(shè)計與仿真分析39-41
• 3.2.3 基于信號完整性的核心鏈路拓撲端接設(shè)計與仿真分析41-47
• 3.2.4 基于約束驅(qū)動的PCB布線設(shè)計47-52
• 第四章 高速圖像采集處理平臺核心IP設(shè)計52-75
• 4.1 高速傳感器圖像接口設(shè)計52-61
• 4.1.1 SelectIO簡介53-54
• 4.1.2. 數(shù)據(jù)處理模塊54-59
• 4.1.3 時鐘分配模塊59-61
• 4.2 圖像數(shù)據(jù)互聯(lián)通道設(shè)計61-67
• 4.2.1 圖像高速緩存接口62-66
• 4.2.2 圖像高速處理接口66-67
• 4.3 高速圖像實時穩(wěn)定顯示接口設(shè)計67-75
• 4.3.1 VGA接口模塊開發(fā)68-71
• 4.3.2 顯示數(shù)據(jù)處理模塊開發(fā)71-73
• 4.3.3 AXI接口模塊開發(fā)73-75
• 第五章 高速圖像采集處理平臺系統(tǒng)搭建與測試75-85
• 5.1 系統(tǒng)搭建75-82
• 5.1.1 基于Vivado Design Suite的邏輯系統(tǒng)建立75-77
• 5.1.2 基于SDK的軟件工程建立77-82
• 5.2 系統(tǒng)測試結(jié)果82-85
• 5.2.1 系統(tǒng)基本測試82-83
• 5.2.2 系統(tǒng)應(yīng)用測試83-85
• 第六章 總結(jié)與展望85-87
• 6.1 總結(jié)85
• 6.2 未解決的問題和以后工作展望85-87
• 參考文獻87-91
• 致謝91-92
• 攻讀碩士期間發(fā)表論文及參與項目92-93
• 學(xué)位論文評閱及答辯情況表93

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1 李長樂;臧希U，

本文編號：683947