一種遙控式可存儲的圖像采集系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)
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目前存儲數(shù)據(jù)的方式有很多種，如硬盤、FLASH、光盤等，其中容易攜帶且使用方便的應(yīng)是移動硬盤、優(yōu)盤、SD卡，這幾種方式都可以通過USB口來傳輸數(shù)據(jù)(SD卡或CF等可借助相應(yīng)的讀卡器再通過USB口傳輸數(shù)據(jù))，可見USB總線的應(yīng)用已經(jīng)很普遍，USB總線的即插即用、速度快、可以自供電等優(yōu)點也的確是其他設(shè)備所不能比的。所以系統(tǒng)的存儲部分設(shè)計成USB設(shè)備，USB設(shè)備分為USB主(Host)設(shè)備和USB從(Device)設(shè)備，USB從設(shè)備只能被動地由主設(shè)備寫入或讀出數(shù)據(jù)，不符合本系統(tǒng)的要求。所以選擇了USBHost設(shè)備，只要將優(yōu)盤等USB從設(shè)備插到系統(tǒng)的USB口上，就可以將當(dāng)前要存儲的圖片存儲到U盤等存儲設(shè)備中。
USB Host設(shè)備的典型例子是PC機，這種Host功能是在操作系統(tǒng)下完成的，所以現(xiàn)在市面上可以移植操作系統(tǒng)的微控制器芯片大多都集成了USB Host功能，像三星和飛利浦的ARM芯片、君正公司開發(fā)的MIPS核芯片JZ4740等。這種采用帶操作系統(tǒng)的方案對有一定經(jīng)驗的開發(fā)人員來說開發(fā)起來比較容易，但對生手來說需要一定的熟悉過程。只為了實現(xiàn)USB Host功能就選擇用操作系統(tǒng)的方式完成整個系統(tǒng)的控制是沒有必要的，這樣做不僅浪費資源，而且會增加底層驅(qū)動的開發(fā)時間。所以本設(shè)計選擇了比較簡單的方式，只用一片單片機和一個USB接口芯片來完成USB Host功能。這樣只要會用單片機的開發(fā)人員都可以做USBHost設(shè)備。市場上USB從設(shè)備的接口芯片有飛利浦的PDIUSBDl2和ISPl581等，但USB Host接口芯片則比較少。經(jīng)試驗，最終確定VNClL-1A這款芯片作為USB Host控制器。
2．1 USB Host控制器
VNClL-1A芯片在FTDI公司Vinculum系列中第一個嵌入了USB主控制器，不僅能處理USB Host接口和數(shù)據(jù)，還內(nèi)置了MCU和FLASH，而且也封裝了USB Device類。它集成了12～48 MHz的時鐘倍頻器，支持上電復(fù)位功能，嵌入了64 KB FLASH ROM，4 KB SRAM，擁有FTDI提供的標準的USB固件庫，支持USB 2．O的全速(12 Mb／s)和低速(1．5 Mb／s)速率。28個GPIO可以做通用I／O和命令監(jiān)測接口，具有2對USB總線接口，可以用串口或者磁盤方式對其燒寫程序。當(dāng)芯片作為主設(shè)備要與優(yōu)盤等從設(shè)備通信時，它可以處理FAT文件系統(tǒng)，支持FATl2，F(xiàn)ATl6，F(xiàn)AT32格式，文件命名方式為傳統(tǒng)的8．3格式，即文件名不超過8個字符，擴展名為3個字符，如文件名可以為text．txt。在執(zhí)行具體的操作時只需要向VNClL發(fā)送一個簡單的命令就能完成像新建文件夾、新建文件、讀文件、寫文件、打開關(guān)閉文件等功能。比如要在優(yōu)盤中創(chuàng)建一個hello．-txt文件，可以用字符方式向VNClL逐一寫入“OPW+空格+hello．txt+回車”的字符，就可以在優(yōu)盤中看見一個hello．txt的文件，或者用十六進制代碼的方式發(fā)送“09 20 file OD”，其中file為hello．txt各字符的相應(yīng)ASCII碼值。廠家在網(wǎng)站上提供了免費的目標代碼，用戶可以根據(jù)不同的需求下載不同的目標代碼，在本設(shè)計中，選擇用一個USB口作USBHost功能的VDAPFUL_V3_65．ROM目標代碼，并設(shè)計成串口方式將目標代碼燒錄到芯片中。所以用戶不用關(guān)心VNClL內(nèi)部程序是怎么執(zhí)行的，只關(guān)心需要它完成USB主設(shè)備還是從設(shè)備還是其他功能，去找相應(yīng)的目標代碼就可以了，燒錄完程序的VNCIL芯片就相當(dāng)于一顆接口芯片，只要接口連接正確，時序操作正確需要的功能就會正常運行。VNC-lL擁有專門的UART，SPI和并口引腳，所以對它進行控制時可以選用三種接口中的任意一種，如果想看一下操作命令的返回值，可以用串口方式連接到PC機上，在PC機上用串口調(diào)試助手向VNClL發(fā)送相應(yīng)的命令后，會看到對應(yīng)的返回值情況。
2．2 存儲過程的實現(xiàn)
位圖圖像在計算機中使用很廣泛，例如在Windows中，記事本、寫字板中的文字就是用位圖圖像表示出來的。許多以其他格式存儲的圖像，就是在位圖圖像的基礎(chǔ)上，進行優(yōu)化處理后得到的，例如JPEG圖像等。在數(shù)字圖像處理中，許多算法就是針對24位真彩色位圖或灰度位圖設(shè)計的。因此，將采集的圖像以位圖的格式存儲便于后期對圖像的處理。位圖的存儲格式分為24位真彩色格式和灰度位圖格式，24位真彩色格式比灰度位圖格式大2／3，因為灰度圖像是用一個字節(jié)表示一個像素，而24位真彩色位圖是用三個字節(jié)表示一個像素，所以本設(shè)計用灰度位圖格式存儲圖像。
當(dāng)要存儲一幀圖像時，ATmega8L向VNClL發(fā)送新建文件命令，在存儲設(shè)備中就會新建一個．BMP文件，然后ATmega8L再將位圖的14 B的文件頭、40 B的信息頭、1 024 B的顏色索引表寫入．BMP文件的開始部分，寫完后ATmega8L給FPGA一個ready信號，F(xiàn)PGA收到此信號后直接將圖像數(shù)據(jù)通過VNC1L送到存儲設(shè)備的．BMP文件中；FPGA送完一幀圖像數(shù)據(jù)后再給ATmega8L一個結(jié)束信號，之后ATmega8L執(zhí)行關(guān)閉當(dāng)前文件命令，至此一個BMP圖存儲結(jié)束。本設(shè)計希望此系統(tǒng)采集的所有圖像在存儲設(shè)備中用單獨的文件夾存儲，這樣每次在新插入存儲設(shè)備時ATmega8L要先向VNC1L發(fā)送一個查詢命令，查詢當(dāng)前根目錄中是否已存在本系統(tǒng)專用的文件夾，如果沒有則新建此文件夾，有則在此文件夾中查詢是否已經(jīng)有．BMP文件，如果沒有則新建，并且文件名以數(shù)字編號O開始命名，如果有則要查詢當(dāng)前哪個文件名的編號最大，然后以最大編號數(shù)加一的方式作為要新建文件的文件名。當(dāng)要從存儲設(shè)備中讀取一幅圖像時，ATmega8L同樣要執(zhí)行查詢文件夾和文件是否存在的命令，如果都存在則從文件名編號最大的那張圖片開始讀取。讀取過程與寫過程類似，只是用的命令不同，而且讀的時候要等VNC1L將位圖的1078B的文件信息讀完后才能將圖像數(shù)據(jù)傳給FPGA。VNC1L與FPGA和ATmega8L用并口的方式進行通信，只需8條數(shù)據(jù)線和4根信號線即可完成數(shù)據(jù)傳輸，接口連接如圖2所示。
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