1 引言

　　目前，紅外熱像儀應用廣泛，多用于偵查或監控，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彈發射試驗中的跟蹤導彈的飛行軌跡，需要記錄整個過程，以備事后分析。因此，基于系統設計體積和功耗考慮，這里提出一個基于FPGA的視頻圖像存儲與回放系統設計方案。該系統采用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的不壓縮數字視頻圖像并保持至少30 min。為了擴展數據存儲量，該系統還配備USB通信接口，便于將記錄數據上傳至計算機，或將計算機保存數據下載到該系統播放。

　　2 系統硬件設計

　　系統硬件結構框圖如圖1所示，FPGA將接收的視頻數據編幀后送至Flash進行存儲，播放時讀取數據并按特定時序送至視頻D／A轉換器，再經D/A轉換后送至電視機。USB單片機除與計算機傳輸數據外，還可通過I2C總線配置視頻D／A轉換器的寄存器以及顯示控制LCD模塊。

　　考慮到該系統FPGA的內部各模塊邏輯復雜，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，實現這些控制需占用較多的邏輯資源，因此，FPGA選用Xilinx公司的Spartan-IIE系列的XC2S-150E-6P0208，該器件內部邏輯高達15萬門，具有48 Kbit的Block RAM，可作為FIFO。

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

　　根據該系統數據存儲順序進行操作，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、數據總線分時復用。

　　USB通信部分選用CY7C68013A。該器件是新一代高速EZ—USB FX2．內部集成了USB 2．0收發器，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的工作電壓和內部集成的I2C總線控制器。

　　2．1 Flash讀寫速度的匹配

　　由于16片Flash并聯，存儲數據時，FPGA只能對一片Flash操作，又因為Flash的頁編程時間過長（最大為700μs），所以存儲時應在寫完第一片Flash的第一頁后接著寫第二片Flash，當輪詢完其余15片Flash后再回寫第一片Flash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Flash的page0的最短時間為25 ns（Flash的最小讀數周期）×2 048（每頁2 K字節）×15（片）=768μs，該時間大于頁編程時間700μs，即寫完其余15片Flash的page0后，再回寫第一片Flash的pagel，而第一片Flash的頁編程已結束，這樣則不會造成數據丟失。

　　視頻回放時要考慮Flash與ADV7175A之間的讀數速度匹配問題。最壞情況下：ADV7175拾取數據時鐘是13．5 MHz如圖3所示。假設每個時鐘周期都是有效數據，Flash的讀數時鐘周期TR最小值為25 ns，即極限讀數速度為：fMAX=1／25 ns=40 MHz》13．5 MHz，滿足系統要求。但Flash的頁讀緩沖時間tMAX=20μs，即每讀取2 K字節需等待時間20μs（最大值）。要滿足數據的連續性，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要求。