严帅

摘要： 设计了一种基于Altera的FPGA芯片EP4CE10F17C8以及基于CortexM3构架的ARM处理器STM32F103VE，该系统通过FPGA对线阵CCD进行时序的驱动，并完成像素信号的采集、硬件处理以及传输工作。ARM作为FPGA的外挂处理器，实现数据信息的软件处理以及对整个系统的控制。介绍了该系统的基本原理，并给出了详细的基于FPGA和ARM的软硬件联合设计方案。

关键词： CCD； FPGA； ARM； 软硬件联合设计

中图分类号： TP 39文献标志码： Adoi： 10.3969/j.issn.10055630.2015.03.013

Abstract： The CCD driving system is based on a combinational system with Altera FPGA chip EP4CE10F17C8 and ARM processor STM32F103VE which is powered by CortexM3. The system uses FPGA to control CCD by timing drive circuit as well as information acquisition， data processing and data transmission. ARM is used as an external processor for FPGA. It accomplishes data processing based on software and controlling the entire system. The paper introduces the basic principle of the system， gives the results of the design of software and hardware based on FPGA and ARM.

Keywords： CCD； FPGA； ARM； CoDesign

引言CCD（Charge Coupled Device）是一种可以实现光电转换的图像传感器，其将图像信号直接转换成电荷信号，后端一般通过调理电路连接至AD转换器件，从而获得各像素点对应的数字信号量为嵌入式设备所用[1]。CCD图像传感器具有精度高、灵敏度高、自扫描和宽光谱响应范围等诸多优点，广泛应用在图像扫描、条码扫描、非接触式位移测量、非接触式尺寸检测等工业测量与成像领域[2]。传统的CCD驱动系统普遍采用单一的MCU或DSP作为整个系统驱动控制的核心，以MCU为例，其信号采集速度较慢，遇到高速信号任务时需要外接FIFO起到数据缓存的作用，处理器功能比较简单，已经无法满足应用于现在检测系统的需求。采用FPGA+ARM作为该类系统的基本构架，可以利用FPGA的灵活性简化驱动电路的设计，并利用FPGA的并行性提高数据采集处理的速度，同时外挂的ARM芯片作为整个系统的控制器，可以实现一些通用且功能丰富的嵌入式系统应用[3]。1系统组成基于FPGA和ARM的线阵CCD图像采集系统在硬件上主要包括线阵CCD、CCD输出信号调理电路、FPGA芯片、ARM芯片、显示以及数据传输接口，其基本的原理框图如图1所示。……