基于STM32的嵌入式双目图像采集系统设计

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1　引言
        随着图像处理技术及嵌入式系统的发展，利用嵌入式系统进行图像处理，已使如视频监控、视频电话和视频会议等应用成为可能。嵌入式系统上进行图像采集则是实现这些应用的前提［1～2］。
         
        双目立体视觉通常由两个摄像头从两个不同的角度，同时获取外界物体的两幅图像，或由单独一个摄像头在不同时间、不同位置获取外界物体的两幅图像，并基于视差的原理来获取外界物体的三维几何信息，复现外界物体的形状和位置。
         
        目前已有很多方案实现在嵌入式平台上的图像采集。本文基于嵌入式的图像采集系统选择了意法半导体（ST）公司生产的STM32F103ZET6芯片为主控芯片，FIFO结构的AL422B芯片实现图像数据缓存，SD卡实现图像存储以及四线制电阻触摸屏实现外部控制［3］。实现通过OV7670双摄像头采集图像数据，经主芯片控制存储、显示［4］。
         
        2　嵌入式主控芯片介绍
        ARM Cortex-M 处理器是一系列定位于深度嵌入式开发应用设计的。STM32F103ZET6是由意法半导体（ST）公司生产的新一代Cortex-M3内核处理器，具有以下特点：
         
        性能和能效：具有高性能和低动态能耗，在90nm基础上提供了12.5DMIPS/mW 的性能，Cortex-M3处理器确保对于同时需要低能耗和出色性能的应用不存在折衷。
         
        丰富的连接：功能和性能的巧妙组合使基于Cortex-M3的设备可以有效处理多个I/O 通道和协议标准，如USB　OTG（On-The-Go）［5］。
         
        3　μC/OS-II操作系统介绍
        μC/OS-II操作系统实时性有保障，延时可预测，代码可小到2K，完全可以满足设计需要。C/OS-II移植过程中只选择用户和系统两种模式。μC/OS-II包括任务调度、时间管理、内存管理、资源管理（信号量、邮箱、消息队列）四大部分，没有文件系统、网络接口、输入输出界面。它的移植只与4个文件相关：汇编文件（OS_CPU_A.ASM）、处理器相关C文件（OS_CPU.H、OS_CPU_C.C）和配置文件（OS_CFG.H）［6～7］。
         
        4　系统硬件设计
        系统采用ARM 处理器作为核心，负责对系统设备初始化、数据总线仲裁、承载操作系统运行；为了弥补图像传输过程中的时钟偏差和图像显示不流畅等缺点，采用AL422B图像缓存芯片；图像经主芯片控制将于液晶屏显示，并存贮于SD卡中。系统结构图如图1所示［8］。
         
       
         
                        4.1　核心器件选型
                        系统的核心ARM 处理器使用由意法半导体公司生产的新一代Cortex-M3内核的STM32F103ZET6，具有高性能和低动态能耗，带有FSMC 外设可以外挂NAND　FLASH、SRAM等，支持代码从扩展的外部存储器中直接运行，而不需要首先调入内部SRAM，便于系统的数据传输［9］。
                         
                        图像传感器采用Ommivision公司的OV7670 CMOS摄像头，较CCD 摄像头具有较高的性价比，具有标准的SCCB接口，兼容I2　C接口，其高灵敏度和自动画面控制功能满足检测系统的精度要求［10］。
                         
                        4.2　检测电路设计
                        系统采用集成了A/D和DSP的图像传感器模块，通过SCCB总线，由STM32完成定义相应寄存器和初始化；通过寄存器可设置图像数据输出格式，系统选择RGB565格式输出，一个像素点占16位，而像素数据总线为D0-D7，因此用两个PCLK时钟周期分别输出高8位和低8位；
                         
       
                        图2　图像传感器模块接口
                         
                        XCLK是由CPLD 提供的输入时钟；VSYNC、HREF分别在每帧、每行开始和结束时电平发生跳变，供CPLD 判断［11］。图像传感器模块接口如图2所示。
                         
                        4.3　数据缓存电路设计
                        数据缓存使用AverLogic公司推出的一个存储容量为393216字节×8位的FIFO存储芯片AL422B，其所有的寻址、刷新等操作都由集成在芯片内部的控制系统完成。数据缓存接口如图3所示，DO0-DO7是8位写出数据总线；DI0-DI7是8位写入数据总线；CE引脚为片选，OE为输出控制，WE是写操作控制；通过STM32的FSMC与外设连接。采用AL422B芯片对连续的数据流进行缓存，防止在进机和存储操作时丢失数据；数据集中起来进行进机和存储，避免了频繁的总线操作，减轻CPU的负担。