白会东 赵成成 田青青 魏巍

摘要：在USB协议中定义了多种类，它们不仅可以实现不同的功能，还能促进USB设备的普及。网络摄像头和USB采集卡中就用到了USB视频类，它的好处是能够实现即插即用，省去驱动的开发工作。一般情况下采用UVC协议的系统是单独采用USB控制芯片来完成整个设计。为了增加设计的多元性，文章采用了 FPGA和USB3.0架构的方式，实现了一种基于UVC协议的图像采集系统。

关键词：UVC协议；USB3.0；图像采集；固件

1 系统组成与工作流程

系统构成如图1所示，分别为：含有OV5642传感器的摄像头模块、Cyclone IV系列的FPGA芯片、Cypress公司的USB3.0芯片和主机[1]。系统的工作流程为：第一步，上电后在线配置USB3.0的固件程序和下载逻辑程序到FPGA中；第二步，程序加载到FPGA完成后会自动地通过SCCB接口配置摄像头的寄存器，完成摄像头的初始化工作；第三步，等待摄像头模块稳定输出后开始接收图像数据，并转换成符合UVC（USB视频类）格式；第四步，数据经过USB的DMA通道传输给上位机进行显示。

2 程序设计

2.1 摄像头配置程序设计

摄像头的配置不是用USB芯片内的IIC接口进行加载，而是用FPGA内嵌的功能模块完成的[2]。在FPGA中创建片上系统（SOC），用Verilog HDL语言设计硬件模块，用C++语言设计配置逻辑程序。先调用Quartus II软件中的Qsys工具完成硬件工程的创建，按照需求添加功能模块，这里主要添加了Nios2处理器、On-chip Memory、oc_iic和PIO功能模块。然后连接时钟信号到每一个模块上，把数据总线连接到相应的接口上，并设置中断等级，完成硬件模块的创建。在配置文件逻辑程序设计时，先调用Eclips完成软件工程的创建，通过手动添加配置文件把工程映射到硬件上。……