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很多朋友在工程模塊劃分的時(shí)候總會(huì)遇到很多問題，比如不知道如何下手、模塊劃分不合理等；當(dāng)然我最初也和大家一樣不知道如何下手，學(xué)習(xí)了明德?lián)P的課程后，再加上和老師的多多交流，我也總結(jié)出了一套方法思路，今天就通過明德?lián)P邊緣檢測(cè)工程來與大家分享一下模塊的劃分思路。
明德?lián)P邊緣檢測(cè)工程是明德?lián)P的網(wǎng)絡(luò)班、就業(yè)班的其中一個(gè)項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)了圖像的實(shí)時(shí)采集、邊緣檢測(cè)算法、存儲(chǔ)控制以及與串口等功能，涉及到了比較全面的知識(shí)與算法。一起來看看如何劃分模塊。
一、模塊劃分要點(diǎn)總結(jié)
1、列出項(xiàng)目的功能要求（客戶提出的產(chǎn)品功能要求）
2、畫出硬件的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖（添加外設(shè)）
3、框圖中每個(gè)外圍接口都對(duì)應(yīng)有一個(gè)接口轉(zhuǎn)換模塊
接口轉(zhuǎn)換模塊的作用是將外圍器件的接口時(shí)序轉(zhuǎn)為通用的接口時(shí)序，或者將通用接口時(shí)序轉(zhuǎn)換為外圍器件接口時(shí)序，這樣使得FPGA內(nèi)部其他模塊不用再關(guān)心外圍接口的時(shí)序了。
MDY規(guī)范通用接口時(shí)序：
l data以及對(duì)應(yīng)的vld，傳輸單個(gè)數(shù)據(jù)格式
l MDY的包文格式，din，vld，SOP，EOP，MTY，ERR
l wren，waddr，wdata；rden，raddr，rdata，rdata_vld
4、考慮是否涉及指令系統(tǒng)（操作碼+數(shù)據(jù)格式）
上位機(jī)，例如PC，ARM，DSP或者其他的器件，只涉及到一個(gè)接口，但是卻有很多指令或者命令功能要發(fā)送，因此就需要一個(gè)指令系統(tǒng)。
指令系統(tǒng)一定會(huì)涉及到命令、地址和數(shù)據(jù)。這種情況，肯定會(huì)有一個(gè)“寄存器解析模塊”，根據(jù)命令、地址和數(shù)據(jù)，改變相應(yīng)的寄存器的值。
5、考慮外圍器件是否涉及寄存器配置
項(xiàng)目中有某些外設(shè)，上電工作前需要進(jìn)行配置才能按要求工作。因此需要對(duì)外設(shè)內(nèi)部寄存器進(jìn)行讀寫，這一流程是通過FPGA來進(jìn)行配置。
遇到這個(gè)情況，使用MDY推薦的模塊寄存器配置結(jié)構(gòu)：
寄存器配置表模塊+寄存器讀寫配置模塊+外設(shè)配置接口時(shí)序轉(zhuǎn)換模塊
6、根據(jù)實(shí)際情況，增加、補(bǔ)充或者拆分，優(yōu)化對(duì)應(yīng)模塊，隨時(shí)調(diào)整
原則：根據(jù)接口信號(hào)，看模塊間是否方便對(duì)接。接口就決定了模塊功能。所以在這一層的調(diào)整，一定要清楚接口的定義。
7、考慮是否涉及多路進(jìn)一路出，要用FIFO
調(diào)度FIFO要考慮自身帶寬能否滿足多路一起突發(fā)發(fā)送時(shí)的數(shù)據(jù)量情況。如果帶寬不滿足，就要要輸出給上游模塊RDY信號(hào)。此時(shí)RDY信號(hào)有效取決于自己設(shè)置FIFO的Almost Full信號(hào)。如果帶寬滿足則不必設(shè)RDY信號(hào)。
8、考慮是否涉及到速率匹配問題，要加上RDY信號(hào)或者FIFO
首先考慮與外圍器件通信的接口上是否需要rdy信號(hào)（FPGA內(nèi)部運(yùn)行頻率往往與設(shè)接口速率不一致），然后考慮FPGA內(nèi)部模塊間數(shù)據(jù)帶寬是否不一致，有等一等的情況。
二、邊緣檢測(cè)工程案例分析
根據(jù)前面總結(jié)的要點(diǎn)，通過實(shí)際項(xiàng)目案例來分析一下FPGA內(nèi)部功能模塊是怎樣劃分的。這里我們選取已經(jīng)做過的圖像邊緣檢測(cè)項(xiàng)目，接下來按照上面總結(jié)的模塊劃分步驟，一步步完成模塊初步劃分！
1.列出項(xiàng)目的功能要求
本項(xiàng)目功能要求：系統(tǒng)上電，OV7670攝像頭將實(shí)時(shí)采集圖像數(shù)據(jù)傳送給FPGA，經(jīng)過FPGA算法處理獲得邊緣圖像，最終輸出邊緣圖像到顯示器上。
功能分析：
a) 選用攝像頭OV7670作為圖像采集
b) 攝像頭內(nèi)部寄存器需要上電配置，因此外設(shè)需要配置按鍵
c) FPGA內(nèi)部做邊緣檢測(cè)算法處理
d) 輸出給顯示器顯示（用VGA接口）
2.畫出硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
根據(jù)步驟1總結(jié)出的功能要求，找到除FPGA外需要哪些外圍器件。
外圍器件總共需要三個(gè):
a) 按鍵
b) 攝像頭OV7670
c) 顯示器
畫出系統(tǒng)框圖如下所示：
3.框圖中每個(gè)外圍接口都對(duì)應(yīng)有一個(gè)接口轉(zhuǎn)換模塊
a) 按鍵對(duì)應(yīng)的接口轉(zhuǎn)換模塊是按鍵消抖檢測(cè)模塊；
b) OV7670攝像頭對(duì)應(yīng)的接口轉(zhuǎn)換模塊是OV7670圖像采集模塊；
c) 顯示器與FPGA連接是VGA接口，因此其對(duì)應(yīng)的接口轉(zhuǎn)換模塊是VGA顯示驅(qū)動(dòng)模塊。
完善后框圖如下所示：
4.考慮是否涉及指令系統(tǒng)
本項(xiàng)目不涉及指令系統(tǒng)，因此這里可以跳過。
5.考慮外圍器件是否涉及寄存器配置
本項(xiàng)目中OV7670攝像頭部分涉及寄存器配置。使用MDY推薦模板：寄存器配置表模塊+寄存器讀寫配置模塊+外設(shè)配置接口時(shí)序轉(zhuǎn)換模塊；
由于外設(shè)OV7670配置接口使用的是SCCB協(xié)議，所以外設(shè)配置接口時(shí)序轉(zhuǎn)換模塊對(duì)外接口也應(yīng)該是SCCB，對(duì)內(nèi)是MDY規(guī)范接口。
補(bǔ)充后框圖如下所示：
6.根據(jù)實(shí)際情況，增加、補(bǔ)充或者拆分獨(dú)立對(duì)應(yīng)模塊，隨時(shí)調(diào)整
到第6步，根據(jù)數(shù)據(jù)流向，需要對(duì)模塊間的接口進(jìn)行詳細(xì)分析了，補(bǔ)充模塊或者將功能相同的模塊合并化簡(jiǎn)。
a) OV7670圖像采集模塊輸出的圖像數(shù)據(jù)是RGB565格式，需要先將RGB565信號(hào)轉(zhuǎn)成灰度圖像，因此需要一個(gè)RGB轉(zhuǎn)灰度模塊；
b) 輸出的圖像灰度數(shù)據(jù)需要進(jìn)行高斯濾波處理，因此需要一個(gè)高斯濾波模塊；
c) 為了做邊緣檢測(cè)，需要將高斯濾波處理后的灰度圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為單bit數(shù)據(jù)，因此需要一個(gè)灰度轉(zhuǎn)單bit模塊；
d) 轉(zhuǎn)換后的單bit數(shù)據(jù)，需要經(jīng)過sobel算法處理才能得到圖像邊緣，因此需要一個(gè)sobel算法處理模塊；
e) 經(jīng)過sobel算法處理模塊輸出的圖像數(shù)據(jù)就可以輸出給顯示器了，但是為了圖像連續(xù)完整輸出、不斷幀，就需要做一下緩存，因此需要一個(gè)圖像緩存模塊。
補(bǔ)充后如下圖所示：
接下來將功能互斥、數(shù)據(jù)流向相關(guān)且接口一致的模塊做合并化簡(jiǎn)處理，如下圖所示：
7.考慮是否涉及多路進(jìn)一路出，要用FIFo
本項(xiàng)目數(shù)據(jù)流方面沒有涉及多路進(jìn)一路出的問題，不需要考慮此處的FIFO問題。
8.考慮是否涉及到速率匹配問題，要加上RDY信號(hào)或者FIFO
首先考慮與外圍器件通信的接口上是否需要rdy信號(hào)
OV7670配置接口采用的SCCB協(xié)議，運(yùn)行頻率是100K，遠(yuǎn)小于FPGA內(nèi)部系統(tǒng)運(yùn)行頻率25M，所以外設(shè)配置接口時(shí)序轉(zhuǎn)換模塊與配置模塊間需要設(shè)rdy信號(hào)。
再考慮FPGA內(nèi)部模塊間運(yùn)行速率不匹配的情況
sobel算法處理模塊輸出的圖像數(shù)據(jù)發(fā)送給圖像緩存模塊，圖像緩存模塊要緩存一幅完整圖像需要等待，需要設(shè)一個(gè)FIFO。
為了完成乒乓操作，需要設(shè)立兩個(gè)FIFO才能實(shí)現(xiàn)寫FIFO A一幅完整圖像數(shù)據(jù)，同時(shí)VGA顯示驅(qū)動(dòng)模塊可以讀緩存好的FIFO B內(nèi)完整圖像數(shù)據(jù)。
因此圖像緩存模塊需要設(shè)兩個(gè)FIFO（實(shí)際項(xiàng)目中用片內(nèi)RAM代替了FIFO，本質(zhì)相同）。
最終得到的模塊圖如下所示：
到此，根據(jù)模塊劃分步驟一步步做下來，圖像邊緣檢測(cè)工程的模塊劃分雛形初步已經(jīng)完成。具體實(shí)踐中需要根據(jù)FPGA內(nèi)部信號(hào)的調(diào)整，隨時(shí)拆分或獨(dú)立來增減功能模塊。
以上就是我們做模塊劃分的基本思路，大家有什么問題可以加Ｑ群544453837進(jìn)行交流，更多ＦＰＧＡ相關(guān)資料可以登錄明德?lián)P論壇進(jìn)行學(xué)習(xí)瀏覽：http://www.fpgabbs.cn/。
