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2硬件设计
这里将主要讨论以Xilinx公司的FPGA（XC2S600E-6fg456）和ISSI公司的SRAM（IS61LV25616AL）为主要器件来完成大容量数据存储的设计思路。 FPGA即现场可编程门阵列,其结构与传统的门阵列相似,大量的可编程逻辑块(CLB,ConfigurableLogicBlock)在芯片中央按矩阵排列,芯片四周为可编程输入/输出块(IOB,Input/OutputBlock),CLB行列之间及CLB和IOB之间具有可编程的互连资源(ICR,InterConnectResource)。CLB、IOB和ICR都由分布在芯片中的SRAM静态存储单元控制,SRAM中的数据决定FPGA的功能,这些数据可以在系统加电时自动或由命令控制从外部存储器装入。 在进行数据存储时，可直接将数据写入FPGA内部的BlockRAM中，在一定程度上减少了FPGA的资源分配。但FPGA内部自带的RAM块毕竟是有限的，当需进行大容量数据存储时这有限的RAM块是远远不能满足系统设计要求的。此时，就需要将FPGA与外部RAM相结合完成大容量数据存储。具体硬件电路如图一所示： |
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3IS61LV25616AL功能简介
IS61LV25616AL是IntegratedSiliconSolution公司（ISSI）的一款容量为256K×16的且引脚功能完全兼容的4Mb的异步SRAM，可为Xilinx公司的Spartan-2E系列FPGA提供高性能、高消费比的外围存储。除了256K×16异步SRAM外，ISSI还提供128K×16、512K×16、256K×8、512K×8和1M×8的异步SRAM。IS61LV25616AL引脚结构框图如图二所示： 3.1主要特征 (1)工作电压：3.3伏； (2)访问时间：10ns、12ns； (3)芯片容量：256K×16； (4)封装形式：44引脚TSOPII封装，也有48引脚mBGA和44引脚SOJ封装； (5)采用0.18μm技术制造。 3.2引脚功能 (1)A0～A17：18位的地址输入线； (2)IO0～IO15：16位的三态数据输入输出线； (3)写控制线； (4)片选信号； (5)输出使能信号； (6)低字节、高字节使能信号； (3)～(6)的控制线均为低电平有效。 3.3控制逻辑电路设计 如图三所示，控制逻辑由FPGA来实现。主要包括读地址产生器、写地址产生器、读写时钟信号产生器及读写控制等几部分。下面分别加以讲述。 (1)写地址产生器：由于设计时采用256K×16的SRAM，故有18位地址，写地址产生器用18位计数器实现。靠外部时钟驱动，每进行一次写操作后,读写控制单元产生计数脉冲，使其增1，直到18位计数器计满再循环写入地址为0的空间。 (2)读地址产生器同上，也采用18位计数器实现，根据系统要求，每隔一定的采样周期将读地址指针偏移一定偏移量，并从该位置读取数据。 (3)读写地址选择器由于读写地址复用管脚，因此在读写操作时，必须选通相应的地址。这就需要由FPGA控制芯片上的等控制信号来对SRAM进行读写的操作。 (4)此外，由于读写之间的切换，数据线上的数据在切换瞬间如不加处理会出现混乱现象。因此，为避免读、写操作发生冲突，数据线呈三种状态，读数据、写数据及高阻态。在从写到读的过程中需给数据线上送高阻态。 (5)当需要对SRAM进行写操作时，由FPGA控制产生写地址选通信号，该选通信号为一单脉冲形式，如图四中该脉冲下降沿触发SRAM，告知开始对RAM进行写操作，使FPGA输出写地址，同时给数据线上送数据。在写操作期间，片选信号始终保持低电平，而写地址选通信号上升沿到来时使写地址计数器增1。以此类推，通过写地址选通信号高低电平变化完成对数据依次写入。需要注意的是，地址线和数据线在为高时可同时赋新值，但只有在变低后赋予数据线上的新值才有效。 对SRAM进行读操作相对较简单，在进行读操作期间，始终为低电平，始终为高电平。每进行一次读操作，地址按系统要求变化一次。同时注意，地址的变化时刻总要先于数据的变化时刻。图五为RAM读操作时序。 以下是一段用VHDL语言描述的控制RAM的读写操作时序的程序代码： 程序中，在进行读写操作时，片选使能信号CE_SRAM及输出使能信号OE_SRAM始终为低电平。 第０时刻到第２时刻在进行写操作：第0时刻地址线addr_SRAM和数据线data_SRAM同时赋新值，控制线WE_SRAM、LB_SRAM、UB_SRAM要经历一个窄脉冲的变化过程，RAM在获取到此控制线下降沿信息后，便知开始进行写操作。需要注意的是，虽然数据在第0时刻已赋到数据线上，但因为写操作是控制线低电平有效，所以数据线上真正发生数据更新是在控制线变为低电平之后，因此，数据线上的实际更新时刻是在第2个时刻。 第３、４状态是进行读操作：在读写转换时刻，也就是在第３时刻如前所述需给数据线上送高阻态。这样，读取数据的时序关系由系统时钟进行控制，在第3时刻给地址线上送要读取的地址，第4时刻将数据端口上的数据送出。这里需注意的是，读取数据要比读取地址晚一个时刻。从而，完成了对外部RAM的读写操作控制。 |
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2019-9-3 15:15:53
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基于采用FPGA控制MV-D1024E系列相机的图像采集系统设计
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