基于Actel FPGA的倒車后視方案

伴隨著汽車電子行業(yè)的飛速發(fā)展，倒車后視系統(tǒng)在生活中隨處可見，且隨著時間的推移，普及程度將會越來越廣。同時，人們對視覺效果的不斷追求也促使了汽車后視系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展。

傳統(tǒng)的汽車后視采用反光鏡來實(shí)現(xiàn)，通過左右兩個反光鏡只能觀察汽車左右兩旁的事物，視覺范圍比較窄，同時還存在一定的視角偏移。在倒車過程中，駕駛員只能通過反光鏡觀看到車后大致的車輛和路面情況，再結(jié)合自己的駕駛經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行倒車處理，所以。通過這種方式使得倒車極其不便。

為了能夠更加清楚、全面的觀看汽車正后方的車輛和路面情況，以便進(jìn)行準(zhǔn)確的倒車定位，大部分汽車增加了攝像頭的倒車后視裝置。通過攝像頭后視可以清晰、全面、準(zhǔn)確的觀看汽車后方和兩旁的車輛和路面情況，在方便倒車的同時，提高了倒車的安全系數(shù)，減少了交通事故的發(fā)生，保障了駕駛員的人身和財產(chǎn)安全。

1 方案優(yōu)勢對比

(1)傳統(tǒng)方案

傳統(tǒng)的攝像頭倒車裝置采用MCU或ARM做主控制器。采集攝像頭圖像數(shù)據(jù)到顯示到TFT屏上，可能需要一定的延時，即圖像顯示的實(shí)時性不夠好;同時，這種傳統(tǒng)的攝像頭倒車裝置一般只支持一路攝像頭顯示，一般位于汽車正后方;此外，傳統(tǒng)的攝像頭倒車裝置只是將攝像頭采集的圖像進(jìn)行顯示，不支持其他的字符、圖片、畫點(diǎn)、畫線、畫圓以及各種圖片效果的顯示。

(2)基于Actel FPGA實(shí)現(xiàn)的方案

本文主要介紹采用高可靠性、低成本的Actel FPGA來實(shí)現(xiàn)倒車后視系統(tǒng)，通過我們的攝像頭方案和TFT方案相結(jié)合可以很好的實(shí)現(xiàn)倒車后視。并結(jié)合Actel FPGA單芯片、上電即行、低成本、低功耗、高安全性和高可靠性的特點(diǎn)，為大家提供一種倒車后視的實(shí)現(xiàn)方案。相比于傳統(tǒng)的倒車后視裝置，我們的方案具有極大的優(yōu)勢，具體表現(xiàn)如下:

·采用Actel FPGA作為主控制器，與一般Mcu相比，系統(tǒng)頻率更高，可達(dá)100MHz;

·基于FPGA的并行處理，使得攝像頭圖像顯示非常流暢，實(shí)時性好;

·可支持四路攝像頭分時切換顯示，可全面觀看汽車周圍的更多事物，視覺范圍更廣;

·可支持字符、圖片、畫點(diǎn)、畫線、畫圓以及各種圖片效果的顯示;

·功能設(shè)計靈活，可根據(jù)用戶需要定制其他功能;

·高安全性、高可靠性和固件錯誤免疫使得系統(tǒng)可以工作在較惡劣的環(huán)境中;

·攝像頭和圖片字符的顯示可自由靈活切換，切換方式可通過外部按鍵切換，也可通過檢測倒車與否來自動切換。

2 概述

(1)系統(tǒng)框圖

圖1是攝像頭和TFT方案相結(jié)合的倒車后視應(yīng)用框圖。倒車后視是我們攝像頭方案和TFT方案相結(jié)合的一個典型應(yīng)用。通過攝像頭和TFT方案的結(jié)合主要實(shí)現(xiàn)將攝像頭采集的圖像與其他特定的圖片數(shù)據(jù)分時顯示在TFT屏上。分時切換可通過外部按鍵實(shí)現(xiàn)，也可通過檢測倒車與否來自動切換。當(dāng)作攝像頭顯示時，通過按鍵或其他方式可以選擇四路攝像頭中的任何一路作顯示。當(dāng)作特定圖片或字符顯示時，通過MCU的特定命令可從SPI Flash中調(diào)用特定的汽車儀表圖片等進(jìn)行顯示，同時，通過不同命令可將圖片設(shè)置成多種顯示效果。包括:Flash動畫顯示、圖片左移、右移、上移、下移、對角切入、矩形擴(kuò)散、十字形擴(kuò)散、開門效果、盒狀效果等;此外，MCu可發(fā)送特定數(shù)據(jù)和字符到TFT屏進(jìn)行顯示。

圖1中，MCU是一個SPI主設(shè)備，通過SPI接口完成對兩片F(xiàn)PGA的選通控制，以此來對攝像頭和字符圖片的顯示進(jìn)行切換;并根據(jù)實(shí)際需要向Actel FPGA2發(fā)送字符數(shù)據(jù)來顯示字符，還可以向Actel FPGA2發(fā)送各種命令來讓圖片顯示出各種效果:此外，該MCU還需要通過I2C接口完成對SAA7113的初始化配置。

(2)系統(tǒng)接口

圖1中，按照接口類別劃分，可以把整個系統(tǒng)的接口分為Actel FPGA1和Actel FPGA2接口兩大類。Actel FPGA1接口包括:基本接口、SAA7113接口、SPI控制接口、SDRAM接口和TFT驅(qū)動接口。Actel FPGA2接口包括:基本接口、SPI Hash接口、SPI控制接口、SDKAM接口和TFT驅(qū)動接口。其中，兩片F(xiàn)PGA各自的基本接口、SPI控制接口、SDRAM接口和TFT驅(qū)動接口信號相同。詳細(xì)的接口信息如表1所示。

3 其體功能描述

(1)攝像頭方案的功能概述

圖1中。ActelFPGA1主要用于采集攝像頭的圖像并實(shí)時顯示到TFT屏上。該FPGA去掉了初始化配置SAA7113的模塊，而轉(zhuǎn)交給MCU完成。但增加了一個SPI從模塊，用于接收MCU的命令來使能或禁止攝像頭圖像的顯示。芯片內(nèi)部主要由YUV轉(zhuǎn)RGB模塊、命令解析模塊、SDRAM控制器、TFT時序產(chǎn)生模塊等構(gòu)成。攝像頭方案的優(yōu)勢特點(diǎn)如下:

·真正完美的單芯片、低成本解決方案;

·高效可靠的矩陣算法，保證數(shù)據(jù)實(shí)時轉(zhuǎn)換;

·高速的SDRAM控制器，最高工作頻率160MHz;

·支持FlashLock和AES雙重加密為用戶提供了獨(dú)一無二的安全性:

·固件錯誤免疫使得系統(tǒng)可工作于戶外、工業(yè)場合以及較惡劣的環(huán)境中，可靠性極高;

·支持四路視頻信號輸入，四路輸入可靈活切換顯示;

·根據(jù)用戶需求可定制其他功能，也可將整個方案嵌入到用戶系統(tǒng)中。

(2)TFT方案的功能概述

圖1中，Actel FPGA2主要根據(jù)MCu命令讀取SPI Flash中的圖片進(jìn)行顯示，并接收MCU發(fā)送的數(shù)據(jù)或字符進(jìn)行顯示。與此同時，該FPGAt要通過接收MCU的命令來實(shí)現(xiàn)各種顯示效果，包括:區(qū)域拷貝、區(qū)域更新、雙緩存操作、多圖層操作、2D加速、畫點(diǎn)、畫線、畫圓、畫矩形等。Actel FPGA2也有一個SPI從模塊，用于接收MCU的命令來使能或禁止字符、圖片數(shù)據(jù)的顯示。芯片內(nèi)部主要由命令解析模塊、SPI Flash讀模塊、數(shù)據(jù)通道模塊、MCU地址譯碼模塊、SDRAM控制器、TFT時序產(chǎn)生模塊等構(gòu)成。TFT方案的優(yōu)勢特點(diǎn)如下:

·支持雙緩存拷貝;

·支持區(qū)域拷貝和區(qū)域更新;

·支持多圖層操作和2D加速;

·支持1024×768及以下的分辨率顯示;

·支持硬件讀取SPI Flash操作;

·支持特定顏色屏蔽;

·支持位顯寫和字符數(shù)據(jù)的顯示;

·支持畫點(diǎn)、畫線、畫圓、畫矩形等操作。

4 市場應(yīng)用

攝像頭和TFT方案的使用在當(dāng)令信息化社會中越來越被重視。攝像頭的應(yīng)用包括電腦上使用的攝像頭、手機(jī)攝像頭、娛樂設(shè)施、各種閉路監(jiān)控用的攝像頭、機(jī)器人圖像識別器、汽車路況識別器、倒車后視、各種航天用的圖像采集器等。TFT方案的應(yīng)用包括廣告機(jī)、電梯外呼板、醫(yī)療器件、汽車儀表等。將攝像頭方案和TFT方案完美結(jié)合使得功能更加強(qiáng)大，應(yīng)用范圍極其廣泛?？捎糜诎卜?、工業(yè)、交通、商業(yè)、金融、體育、娛樂、軍事等領(lǐng)域。

5 小結(jié)

本文介紹了基于Actel FPGA的攝像頭和TFT的倒車后視方案，功能強(qiáng)大，應(yīng)用廣泛。敬請關(guān)注周立功公司的網(wǎng)站www.zlgmcu.com以獲得更多的信息。我們有著一個接近30人的FPGA團(tuán)隊提供強(qiáng)有力的售后服務(wù)和技術(shù)支持，解決用戶在產(chǎn)品使用和研發(fā)過程中遇到的困難。若有更多的需求可以與我們聯(lián)系，我們將會竭誠為您服務(wù)，并請關(guān)注下期的FPGA專題技術(shù)講座。