以FPGA為基礎之嵌入式視覺平台實作｜國立臺灣科技大學博碩士論文系統

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研究生：	林嘉和 CHIA-HO LIN
論文名稱：	以FPGA為基礎之嵌入式視覺平台實作 Designing a FPGA-based Embedded Vision System
指導教授：	許孟超 Mon-chau Shie
口試委員:	阮聖彰 Shanq-jang Ruan 林昌鴻 Chang-hong Lin 吳晉賢 Chin-Hsien Wu 林淵翔 Yuan-Hsiang Lin
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	電資學院 - 電子工程系 Department of Electronic and Computer Engineering
論文出版年：	2013
畢業學年度：	101
語文別：	中文
論文頁數：	73
中文關鍵詞：	FPGA 、偵測、定位、SoPC 、X-Y Table 、步進馬達
外文關鍵詞：	FPGA, Detection, Location, SoPC, X-Y Table, Step Motor
相關次數：	點閱：254 下載：11
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影像處理在工業界的應用日漸普及，有越來越多的企業導入視覺檢測與定位系統來提高生產效率及降低錯誤發生率。以系統硬體來說，可以使用工業電腦、 ARM-based硬體或是 FPGA-based硬體等三種平台為基礎。其中工業電腦的應用必須搭配影像擷取卡，ARM-based平台所用 CPU 可以提供影像輸出入功能，FPGA-based硬體則是以 Verilog 開發硬體來搭配影像輸出入晶片， FPGA-based硬體有較大開發彈性以及所需零件少等優點，因此我們選用做為開發平台。
我們曾經使用市面上適用的 FPGA-based 開發平台如友晶科技的 DE2-70，因為該開發板同時提供了兩組 Video in 以及一組 VGA out。然而該產品已停產，且 LE ( logic element )數目達 70,000個。其後繼的DE2-115及其他開發板並未提供兩組 Video in，加上 DE2 系列的定位是發展與教育用，很多的功能如 Audio、LCD以及SMA在嵌入式視覺平台並不會用到，因此以適當LE 數目的 FPGA為基礎，自行來開發一片符合嵌入式視覺平台需求的發展板是比較可行的方式。
除了 FPGA 本身，外部記憶體如 Flash和 SDRAM對於嵌入式視覺平台的應用上也扮演很重要的角色，如何確保外部記憶體的穩定與高速運行，成為在開發此平台時的重要課題。但現有文獻與書籍大多只有描述架構，鮮少提及開發與設計細節，這也成為在開發此平台上的另一挑戰。

The embedded visual system is widely used in industries. It might use an industrial PC, an ARM-based or a FPGA-based hardware as its platform. If we use an industrial PC, a frame grabber card is needed. The CPU of an ARM-based platform can handle the video input and output. The FPGA-based platform needs the Verilog and the video decoder for the functions. With flexibility on design and fewer parts needed, the FPGA-based platform is chosen as our platform.
We used the DE2-70 ( with two video inputs and one VGA output, by Terasic technology ) to develop in past projects. But now it was end of life, and it came with 70,000 LEs ( logic elements ). The successors ( like DE2-115) do not have the same features. Being positioned to development and education, there are many features like Audio, LCD, and SMA came with DE2 series. But those are not needed for developing an embedded visual system. It is a better way to develop a customized FPGA-based board to meet the requirements of the embedded vision system.
Aside from the FPGA itself, the usage of external memories like Flash and SDRAM are critical for the application. It is important to ensure both the running speed and stability when developing the board. These details for design were rarely mentioned in existing papers and books, which has become another challenge on the board’s development.

論文摘要	4
Abstract	5
誌謝	6
目錄	7
圖索引	9
表索引	11
第一章	序論	12
1	動機	12
2	章節架構	16
第二章	相關知識	18
1	FPGA	18
2	SoPC技術	18
3	Altera NIOS II處理器	19
4	Avalon Bus	21
第三章	開發平台與目標	23
1	開發平台與設備	23
1.1	影像輸入設備	23
1.2	FPAG開發平台	24
1.3	外部記憶體	28
1.4	待測物載具	40
2	目標	42
2.1	偵測物件	42
2.2	實驗流程與目標	43
第四章	硬體架構	45
1	系統架構	45
1.1	影像輸出入架構	45
1.2	系統方塊圖	47
1.3	系統連接圖	48
2	ITU656 Decoder模組	50
3	Video Input模組(影像輸入)	51
4	VGA Controller模組(影像輸出)	53
5	Detect Module(偵測模組)	56
6	FPGA資源與記憶體頻寬分析	58
7	系統建立與整合	59
8	硬體架構結論	61
第五章	軟體演算法設計	62
1	偵測演算法	62
1.1	錯誤的判斷	62
1.2	八點判斷法	63
2	名詞定義與例外狀況	64
3	移動逼近法	66
3.1	演算法流程圖	66
3.2	移動逼近法實例	68
第六章	結論與未來展望	71
參考文獻	72

                                

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