本发明专利技术公开了一种嵌入式红外实时信号处理系统。它主要用于红外探测系统。主要包括：一块嵌入式信号处理板卡，其中以一块内嵌PowerPC微处理器的FPGA为核心控制器，外接大容量DDR2?SDRAM和嵌入式外围设备。在PowerPC微处理器上构建了基于嵌入式实时操作系统VxWorks的软件平台，通过合理选择红外信号处理算法的软硬件实现，可以实现嵌入式红外实时信号处理。本发明专利技术的主要优点在于：采用嵌入式系统的设计方案，使用了FPGA中内嵌PowerPC微处理器的硬件架构和基于嵌入式实时操作系统VxWorks的软件平台，将整个红外信号处理系统集成在一块板卡上，整个系统外部接口丰富，实时性好，体积小便于携带。
An embedded infrared real time signal processing system
The invention discloses an embedded infrared real-time signal processing system. It is mainly used in infrared detection system. Mainly include: an embedded signal processing board, in which a PowerPC embedded microprocessor FPGA as the core controller, the external high-capacity DDR2, SDRAM and embedded peripherals. The PowerPC microprocessor is constructed on the embedded real-time operating system based on the VxWorks software platform, through the realization of hardware and software selection of infrared signal processing algorithm, can realize the embedded infrared real-time signal processing. The main advantage of the invention is that: the design scheme of the embedded system, using FPGA hardware architecture in PowerPC embedded microprocessor and embedded real-time operating system based on the VxWorks software platform, the infrared signal processing system is integrated in a card, the system interface is rich, good real-time performance, small size and portability.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种红外信号处理系统，具体涉及一种嵌入式红外实时信号处理系统，它主要用于红外探测系统中的红外实时信号处理。
技术介绍
红外探测系统通过摄取目标的红外辐射，将其转换为电信号输出，形成红外图像， 实现目标的探测。性能优异且满足应用要求的红外探测系统需要处理能力强、可靠性高的实时信号处理系统作为技术支撑。在以往的红外探测系统中信号处理系统典型的架构如下红外探测器的输出图像到信号处理系统，先进入FPGA进行预处理(非均勻性校正、图像增强)，经过预处理后的红外图像输出到DSP中完成潜目标检测，DSP处理后的潜目标和图像数据再传输到PC机，由 PC机完成轨迹跟踪确认真实目标并输出。由此可见，信号处理的各功能模块通常在多个分立的硬件平台上实现，这种分立的硬件结构存在各模块间接口复杂、联合调试不便、实时性不够、硬件结构不灵活等缺点。因此设计一个具有强大数据处理能力、可靠稳定的实时信号处理系统非常必要。 采用嵌入式系统的设计方案可以将功能软件集成于硬件系统之中，实现应用软件与硬件平台的一体化，使得原本复杂的外部控制、接口管理及资源管理成为可能，同时具有系统体积小、实时性好、配置灵活等优点。
技术实现思路
本专利技术的目的，在于提出一种嵌入式红外实时信号处理系统，实现红外图像的实时采集、处理、存储及显示。为实现上述目的，本专利技术所采用的硬件装置为一块嵌入式信号处理板卡，其中包括一块内嵌了 PowerPC微处理器的FPGA，一块大容量DDR2 SDRAM,外部设备接口。所述的各个硬件组成部分需要满足所述的FPGA上必须具有足够多的逻辑资源，并且包含一个嵌入式处理器PowerPC硬核，在PowerPC上移植了嵌入式实时操作系统 Vxfforks0所述的DDR2 SDRAM需要满足256MByte以上容量，266MHz以上工作频率的配置。 所述的外部设备接口需要包括用于实时显示红外图像的DVI/VGA接口 ；用于实时存储红外图像数据的SATA接口 ；用于和其他外部平台通信的串口和以太网接口 ；用于存储FPGA 配置数据的CF卡接口和FLASH ；用于连接鼠标和键盘的USB/PS2接口。所述的各个硬件组成部分的连接关系为红外探测器和FPGA之间通过LVDS或者光纤接口连接；DDR2 SDRAM和FPGA之间的数据通信通过DDR2SDRAM控制器逻辑实现；FPGA 通过外设IP核实现对外部设备的控制。FPGA内的PowerPC微处理器通过片内的PLB总线和外部设备实现数据通信。所述的嵌入式红外实时信号处理系统实现红外信号实时处理的流程如下(1)红外探测器将采集到的数字信号通过LVDS或者光纤接口发送到FPGA。(2)在FPGA内实现红外图像的非均勻性校正、信号预处理、目标提取。(3)将提取出的目标数据发送给PowerPC，在基于嵌入式微处理器和VxWorks操作系统的软件平台中完成对目标的自动跟踪。(4)将处理完成的红外图像结果按照需求实时显示、存储及传输。本专利技术的显著特点在于以下几点(1)采用嵌入式系统的设计方案，使用了 FPGA中内嵌PowerPC微处理器的硬件架构，将整个红外信号处理系统集成在一块板卡上。由于FPGA的可编程性，系统的硬件结构和各模块实现的功能可以灵活配置，系统的可移植性和通用性高。(2)在PowerPC微处理器上移植了嵌入式实时操作系统VxWorks。将功能软件集成于硬件系统之中，实现应用软件与硬件平台的一体化，使得原本复杂的外部控制、接口管理及资源管理成为可能。通过合理选择信号处理算法的软硬件实现方式，能够提高系统的处理能力。(3)实时性好。在PowerPC上移植了嵌入式实时操作系统VxWorks，VxWorks具有性能优越的内核和高效的多任务管理与调度机制，系统的实时性能够得以保证。(4)外部接口丰富。系统包括DVI/VGA、SATA、串口、以太网、CF卡、USB、PS2等外部接口，能够实现红外图像的显示、存储、传输和控制等功能。(5)体积小，便于携带。由于整个信号处理系统的功能模块都集中在一块板卡上， 大大减少了系统的体积和重量。附图说明图1是嵌入式红外实时信号处理系统的系统框图。图2是红外信号处理的流程图。具体实施例方式下面根据附图对本专利技术的具体实施方式作进一步的详细说明。图1是嵌入式红外实时信号处理系统的系统框图。本专利技术所采用的硬件装置为一块嵌入式信号处理板卡，其中包括一块内嵌了 PowerPC微处理器的FPGA，一块大容量DDR2 SDRAM,外部设备接口。所述的内嵌了 PowerPC微处理器的FPGA是嵌入式红外实时信号处理系统的核心控制器。本专利技术中的FPGA选用了 Xilinx公司的Virtex-5 FX70TFPGA，这款FPGA的片内逻辑资源有11200个slices，最大用户1/0 口有640个，集成了最高传输速率达6. 5Gb/s的 RocketIO GTX串行高速收发器，可以为系统设计提供足够多的硬件资源。同时这款FPGA中内嵌了一个IBM公司的PowerPC 440微处理器硬核，集成了 32KB —级指令缓存和32KB — 级数据缓存，通过片内的128位PLB总线和外设连接，微处理器在550MHz的最高时钟频率下可提供1100DMIPS的极限处理性能。本专利技术在PowerPC 440处理器上移植了 Wind River 公司的VxWorks 6. 6版本的嵌入式实时操作系统，为系统提供了多任务实时稳定的软件平台。所述的大容量DDR2 SDRAM采用了 Micron公司的MT4HTF3264HY-667D3型号的内存条，数据位宽为64bit，容量为256MByte，最高工作频率为333MHz。DDR2 SDRAM在本系统中主要有两个用途一是作为大容量缓存储存红外探测器发来的数据，并通过片内的PLB总线传输至外部的显示、存储和通信模块；另一个用途是作为VxWorks操作系统运行的内存。 DDR2 SDRAM和FPGA之间的数据通信是通过FPGA内的DDR2SDRAM控制器逻辑实现的。所述的外部设备模块包括以下的嵌入式外围设备用于实时显示红外图像的 DVI/VGA接口 ；用于实时存储红外图像数据的SATA接口 ；用于和其他外部平台通信的串口和以太网接口 ；用于存储FPGA配置数据的CF卡接口和FLASH ；用于连接鼠标和键盘的USB/ PS2接口。这些外设模块通过FPGA内的控制器逻辑连接到片内的PLB总线上，并通过设备驱动程序实现由VxWorks操作系统统一控制管理。所述的嵌入式红外实时信号处理系统与红外探测器之间通过LVDS接口或光纤接口连接。与本专利技术中的嵌入式红外实时信号处理系统连接的红外探测器是320X256元中波红外焦平面探测器，每个像素的数据大小为14bit。图2是红外信号处理的流程图。FPGA接收到红外探测器输出的红外图像后，将图像数据分成两路处理一路通过 DDR2 SDRAM内存控制器缓存到片外的DDR2 SDRAM中，通过片内的PLB总线传输至外部的显示、存储和通信模块；另一路进入FPGA内部的图像处理逻辑。FPGA内部的图像处理逻辑包括四个模块非均勻性校正；信号预处理；阈值分割； 目标提取。从红外探测器接收到的图像首先进入非均勻性校正模块，根据两点线性本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种嵌入式红外实时信号处理系统，它包括一块内嵌了ＰｏｗｅｒＰＣ微处理器的ＦＰＧＡ，一块大容量ＤＤＲ２ ＳＤＲＡＭ和外部设备接口，其特征在于：所述的ＦＰＧＡ包含一个嵌入式处理器ＰｏｗｅｒＰＣ硬核，在ＰｏｗｅｒＰＣ上移植了嵌入式实时操作系统ＶｘＷｏｒｋｓ；所述的ＤＤＲ２ ＳＤＲＡＭ容量２５６ＭＢｙｔｅ以上，工作频率２６６ＭＨｚ以上；所述的外部设备接口为用于实时显示红外图像的ＤＶＩ／ＶＧＡ接口、用于实时存储红外图像数据的ＳＡＴＡ接口、用于和其他外部平台通信的串口和以太网接口、用于存储ＦＰＧＡ配置数据的ＣＦ卡接口和ＦＬＡＳＨ和用于连接鼠标和键盘的ＵＳＢ／ＰＳ２接口；红外探测器输出的信号和ＦＰＧＡ之间通过ＬＶＤＳ或者光纤接口连接，ＤＤＲ２ＳＤＲＡＭ和ＦＰＧＡ之间的数据通信通过ＤＤＲ２ ＳＤＲＡＭ控制器逻辑实现，ＦＰＧＡ通过外设ＩＰ核实现对外部设备的控制，ＦＰＧＡ内的ＰｏｗｅｒＰＣ微处理器通过片内的ＰＬＢ总线和外部设备实现数据通信；红外信号实时处理步骤如下：１）红外探测器将采集到的数字信号通过ＬＶＤＳ或者光纤接口发送到ＦＰＧＡ；２）在ＦＰＧＡ内实现红外图像的非均匀性校正、信号预处理、目标提取；３）将提取出的目标数据发送给ＰｏｗｅｒＰＣ，在基于嵌入式微处理器和ＶｘＷｏｒｋｓ操作系统的软件平台中完成对目标的自动跟踪；４）将处理完成的红外图像结果按照需求实时显示、存储及传输。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：兰春嘉，汤心溢，王世勇，黎绍秀，
申请(专利权)人：中国科学院上海技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：31
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