本文關(guān)鍵詞： FPGA 攝像機(jī)控制器 優(yōu)化　出處：《西安電子科技大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：現(xiàn)場可編程邏輯器件(FPGA)具有靈活高效的特點,在我國的航天電子系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用。隨著航天系統(tǒng)的復(fù)雜度日益提升,FPGA在整個系統(tǒng)中所占的比例逐步提升,其在整個電子系統(tǒng)中的作用也日漸增強(qiáng)。航天工程對系統(tǒng)的可靠性要求非常高,對FPGA等這類關(guān)鍵器件的可靠性要求尤其嚴(yán)格。系統(tǒng)的高復(fù)雜度和高可靠性要求構(gòu)成了一對難于調(diào)和的矛盾。在國家航天工程重大專項子項課題的支持下,我們完成了一套多通道單鏈路攝像機(jī)控制器的設(shè)計。該控制器接收五路相機(jī)輸出的數(shù)字視頻,并對其進(jìn)行壓縮編碼處理。不同通道的相機(jī)分辨率各異,每一通道支持視頻或靜止圖像壓縮編碼,多個通道之間可產(chǎn)生多種組合工作模式。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜、接口多、運算量大,其FPGA設(shè)計面臨較大的挑戰(zhàn)。在完成第一版設(shè)計后,FPGA設(shè)計的資源占用率和時鐘頻率均不滿足系統(tǒng)的降額要求。本文對第一版設(shè)計中存在的問題進(jìn)行了系統(tǒng)的、自上而下的分析,并對工程中存在的問題進(jìn)行了多項優(yōu)化設(shè)計,完成了優(yōu)化設(shè)計的代碼實現(xiàn),并在實際系統(tǒng)中進(jìn)行了大量驗證。論文采用對比分析的方法,以工程實例為依托,系統(tǒng)地介紹了整個工程的優(yōu)化設(shè)計過程,并對其中的關(guān)鍵點進(jìn)行了深入剖析。論文首先從層次劃分上對工程設(shè)計的架構(gòu)進(jìn)行了分析和優(yōu)化;在滿足相機(jī)組合工作模式的前提下,對相機(jī)數(shù)據(jù)緩沖策略進(jìn)行了優(yōu)化;通過整合數(shù)據(jù)塊,對外部數(shù)據(jù)存儲方式進(jìn)行了優(yōu)化;通過修改代碼風(fēng)格對綜合結(jié)果進(jìn)行了優(yōu)化;通過適合的算法對圖像處理效率進(jìn)行了優(yōu)化。除此之外,論文對時序約束優(yōu)化,以及如何用評估工具進(jìn)行分析等也都做了深入分析。采用本文中介紹的優(yōu)化方法,我們完成了第二版工程的設(shè)計。所完成的設(shè)計FPGA資源占用率從86%降至64%,實際可運行的最高時鐘頻率從96MHz提升至103.72MHz,圓滿完成了既定的優(yōu)化目標(biāo)。論文中分析對比的FPGA工程優(yōu)化設(shè)計方法具有較強(qiáng)的普適性,對其他航天FPGA工程的優(yōu)化設(shè)計有一定的參考意義。
[Abstract]:Field programmable logic device (FPGA) has the characteristics of flexibility and high efficiency, is widely used in aerospace electronic system of our country. With the increasing complexity of aerospace systems, FPGA in the whole system of proportion increased gradually, the whole electronic system in effect also increased gradually. The aerospace engineering is very high the requirements for the system reliability, the reliability of the key devices in FPGA and other requirements are especially strict. System requirements of high complexity and high reliability constitute a difficult to reconcile the contradictions. In the major special sub national aerospace engineering project support, we completed the design of a multi channel single camera controller. The controller receives the five output digital video camera, and carries on the compression encoding. The resolution of the camera at different channels, each channel support video or image compression encoding, multiple Can produce a variety of combination mode between channels. The whole structure of the system is complex, multi interface, large amount of computation, the FPGA design is facing greater challenges. In the first edition was finished after the design, the design of FPGA resource occupancy rate and clock frequency are not meet the system requirements. Reducing the amount of this paper on the existing design of the first version the problems in the top-down analysis, and the engineering problems in a number of optimization design, the optimization design of the code, have done a lot and verified in the actual system. The paper adopts the method of comparative analysis, based on the engineering examples, systematically introduces the optimization design process of the whole project, and it is one of the key points are analyzed. Firstly, the engineering design of the architecture from the hierarchy of analysis and optimization; in order to meet the demand of camera mode, camera number According to the buffer strategy is optimized; through the integration of data blocks, the external data storage is optimized; modify the code style on the synthesis result is optimized; through the suitable algorithm for image processing efficiency is optimized. In addition, the timing constraint optimization, and how to use the evaluation tools for the analysis are also to do in-depth analysis. By using the optimization method presented in this paper, we completed the design of the second version of the project. The design of FPGA resource occupancy rate from 86% to 64%, the actual operation of the highest clock frequency increased from 96MHz to 103.72MHz, the successful completion of the optimization goals. The universality of FPGA project optimization design method of contrast analysis, has certain reference significance for the design and optimization of other FPGA aerospace engineering.

【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN948.41

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本文編號：1455410