? CCD（电荷耦合器件）图像传感器，具有较高的信噪比和敏感
度，功耗相对CMOS较大（3个以上电源电压），主要应用于消费级数码产品；
? CMOS（互补金属氧化物半导体）图像传感器，原本是计算机
系统内一种重要芯片，用来保存系统引导最基本的资料，后来被人们应用于影像传感器领域。前期无论在信噪比、动态范围等方面均不如CCD，主要应用于消费电子产业及高端图像传感领域。
? 信号处理模块：根据系统应用级别、领域的不同而呈现多样化的
趋势，如在工业检测方面多用AVR单片机，在民用级生产生活中多用图像采集卡和PC机，介于近年来嵌入式技术的快速发展，在工业领域、民生生活方面都有了广泛应用：
? DSP：高工作频率（500Mhz以上）、内含乘法器、在系统结
构及指令进行特殊设计的DSP处理器在视频系统的应用尤其深入，不足之处则是相对较高的成本投入及较少的外设接口；
? FPGA：在ASIC（特定用途集成电路）领域现今发展最为充分
的平台，用标准VHDL硬件设计语言便可实现对任何芯片的仿真制造，特别善于对数字信号的逻辑处理；
? ARM：近年来随着工作频率和功能模块嵌入种类的不断提
升，及特有的小体积、低功耗、接口丰富的特点在图像采集乃至视频监控领域崭露头角。
1.2.2 嵌入式图像采集系统
CMOS图像传感器内部集成了A/D，且随着近几年的不断发展，分辨率也不断提高，集成化程度高、功耗低、体积小的特点更使得CMOS模块在消费电子产业中的手机、数码相机等大放异彩。结合了图像采集系统及嵌入式系统的利弊特点，人们逐渐将嵌入式技术应用于图像采集领域，充分将嵌入式技术的专用性、便携性等特征在图像采集方面得到体现，也带来了图像采集技术在工业计量、生物医学、多媒体等多领域上的飞速发展。
现今较为常用的嵌入式图像采集方案主要有以下3种： 1、图像传感器 + FPGA + SRAM 2、图像传感器 + DSP + SRAM 3、图像传感器 + ARM + SRAM
方案1利用FPGA（现场可编程门阵列）可以较为方便的实现图像采集中多种同步信号的逻辑处理；方案2中的DSP（数字信号微处理器）所
具有的高运行速度、强大数据处理能力使之在图像采集领域最先得到发展；而相对于前面两个方案，ARM开始在图像采集领域并未得到很好的运用，但近几年尤其在工业检测、便携图像采集等方向越来越得到人们的重视，随着嵌入式制造工艺的飞速发展，ARM的工作频率、数据处理能力也得到大幅提高，加上其含有丰富的接口模块，非常适合用于在工业监控、检测方面。 1.3 课题研究的主要内容
本设计的主要目的是构建基于ARM的图像采集系统，在满足共焦光路需求的前提下能够实现系统稳定的静态图像采集。论文研究的内容主要由硬件设计、软件设计、实验三大部分构成，具体如下：
1、硬件设计：首先根据课题需要选择合适图像传感器件及嵌入式平台，其次完成具有图像数据缓冲、CMOS传感器控制及CMOS高频同步信号快速捕获的接口电路设计，最后完成便携系统与上位机的调试模块接口设计。
2、软件设计：基于各个硬件模块完成相应的软件驱动设计，以完成ARM和CMOS的初始化、缓冲采集模块的驱动，及原始图像数据阵列的插值转化。
3、实验：首先测试系统硬件连接是否正确无误，其次分模块的加入驱动软件验证各功能模块是否能够实现预期功能，包括ARM对CMOS配置实验、数据SDRAM存储读写实验、图像采集有效像素点数实验、ARM采集与LCD显示速率匹配实验，最后对系统总体的静态图像采集进行错帧率实验，从而先分后总的验证系统图像采集工作的正确性、可靠性。
第二章 系统硬件电路设计
2.1 图像采集系统硬件总体架构
光学系统
CMOS
ARM开发板
图2- 1 系统工作流程图
图2-1为本图像采集系统的工作流程图。
并行共焦光学系统为系统光学成像源，图像捕获模块选用CMOS图像传感器OV7620，控制、处理显示模块选用ARM7开发板SMART2400，软件开发、实验调试平台用PC机完成。
由图可以初步了解嵌入式图像采集处理系统的整个流程：当光学系统成像完成，用CMOS图像传感器完成对图样的获取，图像数据经过缓冲后进入ARM开发板进行差值处理，进而直接在内部存储、显示。期间可通过串口连接到PC机进行调试、处理。系统总体结构框图如图2-2。
CMOS SCCB总线控制 ARM7TDMI 上位机 存储 显示模块 调试模块 数据采集模块 图2- 2 系统总体结构框图
2.2 系统核心器件概述
2.2.1 基于ARM7TDMI的LPC2478开发板 1． ARM简介
ARM（Advanced RISC Machines）公司是一家知识产权（IP）供应商，与一般的半导体公司最大不同是ARM公司只通过转让设计方案，由合作伙伴公司生产各色芯片来实现企业价值，自身并不向终端用户售卖实体芯片。ARM公司利用这种双赢的伙伴关系飞速成为了全球RISC微处理器标准缔造者，该模式同样使得用户大为受惠，当用户掌握一种ARM内核结构及开发手段边可以使用购买ARM公司的其他伙伴公司生产出的相同ARM内核的芯片。
ARM架构是ARM公司面对市场设计首款低成本、低功耗的RISC微
处理器，其具有非常高的性价比和代码密度以及出色的实时终端响应，并且芯片料件占用硅片面积极少，因此成为嵌入式系统的理想选择，应用范围充斥在消费电子、工业测量控制、医疗器件诊断等多种产业，带来了无可估量的价值。
2． LPC2400系列ARM概述
LPC2400系列ARM一款具有极高集成度并且以ARM7TDMI-S为内核的微控制器，支持支持实时仿真和嵌入式跟踪，处理器时钟为72MHz。
LPC2400系列ARM为多种类型的通信应用提供了一个理想的解决方案。它包括1个10/100以太网媒体访问控制器（MAC）、1个带4KB终端RAM的USB全速设备/主机/OTG控制器、4个UART、2路CAN通道、1个SPI接口、2个同步串行端口（SSP）、3个IIC接口和1个IIS接口。同时还带有1个4MHz的片内振荡器、98KB RAM（包括64KB局部SRAM、16KB以太网SRAM、16KB GPDMA SRAM和2KB电池供电SRAM）以及1个外部存储器控制器（EMC）来支持上述的各种串行通信接口。这些特性使得本设备非常适用于通信网关和协议转换器。除此以外，还有许多串行通信控制器、多用途的时钟功能和存储器特性，包括有不同的32位定时器、增强型告诉GPIO。LPC2400系列ARM链接64个GPIO管脚到基于硬件的向量中断控制器（VIC），这表示了这些外部输入可产生边沿触发终端。所有的这些特性使LPC2400系列ARM特别适用于工业控制和医疗系统。
LPC2400系列的主要特性有：
? ARM7TDMI-S处理器，运行频率高达72MHZ。
? 512KB片上Flash程序存储器，具有在系统编程（ISP）和在应用
编程（IAP）功能。Flash程序存储器位于ARM局部总线，可用于高性能的CPU访问。
? 有双AHB总线系统（Dual AHB System）。这使得某一外设资源的
存取操作、程序执行操作可以和另一外设资源的存取操作和程序执行操作并行不悖，从而使得各高频外设能同时运转而不引起总线堵塞。
? EMC支持诸如RAM、ROM和Flash的异步静态存储器设备以及
动态存储器设备（例如SDRAM）。
? 先进的向量中断控制器（VIC），支持多达32个向量中断。 ? 仅LPC2470/78：LCD控制器，支持STN和TFT显示屏的显示
? 有专用的DMA控制器
? 可选择显示分辨率（最高可达1024×768像素）。 ? 支持高达24位的真彩色模式
? 串行接口：
? Ethernet MAC带有MII/RMII接口和相关的DMA控制器，这
些功能位于独立的AHB总线上
? USB2.0全速双端口设备/主机/OTG控制器，带有片内PHY
和相关的DMA控制器
? 4个带小数波特率发生功能的UART。其中1个带有Modem
控制I/O，还有一个带有IrDA。除此之外，全部UART都带有FIFO
? 3个I2C总线接口（1个开漏管脚，另外2个为标准输出管脚） ? CAN控制器，带有两个通道
? 其他外设，包括10位AD、2个PWM模块、RTC等。 3． LPC2400系列ARM体系架构
LPC2400系列ARM是由支持仿真的ARM7TDMI-S CPU、用于紧密耦合并高速访问片内主要存储器的ARM7局部总线、连接到高速片内外设和外部存储器的AMBA(Advanced Microcontroller Bus Architecture) AHB[4]以及连接到其他片内外设功能的AMBA APB[5]构成的.LPC2400系列ARM始终按照小端字节顺序进行配置。
LPC2400系列ARM具有两个AHB总线，这使得以太网模块的操作不受其它系统操作的干涉：
? 第一个AHB成为AHB1，包含VIC（中断向量控制器）、GPDMA
控制器和EMC；
? 第二个AHB成为AHB2，它只包含以太网模块和一个相关的16KB
SRAM。另外，该处理器还提供一个总线桥接器，允许第二个AHB作为AHB1的总线主机，还允许把以太网缓冲区的扩展空间延伸到片外存储器、或者是AHB1所在的未使用存储空间。
LPC2400系列ARM的结构框图见图2-3，由于开发板所含模块较多，只列出与本系统相关的模块。