高速图像数据实时存储与显示关键技术研究

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2、＇ｌｔ胃＾ＷＷＷｗｗｍｍ＾＾…原创性声明本人郑重声明：巧呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中ｌａ明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：寺杰日期：南＾关于学位论文使用权的说明本人完全了解中北大学有关保管、使用学位论文的规定，其中包括：①学校有权保管、并向有关部口送交学位论文的原件与复印件；③学校可Ｗ采用影印、缩印

3、或其它复制手段复制并保存学位论文；感学校可允许学位论文被查阁或借閒；④学校可Ｗ术交流为的，复制贈送交换学位学目和论文⑤学校可Ｗ公布学位论文的全部或分内容（保密学位论文在解；部密。后遵守此规定）〇打山參建杰签４；名日期：处：；导师签名嚴期八日图书分类号TN431.2密级非密UDC621.38硕士学位论文高速图像数据实时存储与显示关键技术研究李杰指导教师（姓名、职称）任勇峰（教授）申请学位级别工学硕士专业名称电路与系统论文提交日期2016年04月04日论文答辩日期2016年05月26日学位授予日期年月日论文评

4、阅人刘文怡（教授）乔铁柱（副教授）乔晓燕（副教授）答辩委员会主席王星来（高级研究员）2016年05月28日中北大学学位论文高速图像数据实时存储与显示关键技术研究摘要在航空航天测试中，高频帧、高分辨率图像传感器被广泛应用于获取高清晰、高分辨率图像。这些高性能成像设备的使用，将在短时间内产生大量的图像数据，对存储测试系统带来了巨大的挑战。为实现图像数据的大容量、高存储速度、低功耗、高灵活性以及高可靠性存储需求，本文致力于研究一种高速图像数据实时存储与显示设备，并对其中的三项关键技术进行了深入研究。首先，提出了通用化的高速大容量数据存储方案

5、，利用大容量的NANDFlash芯片组成存储阵列，通过流水线操作与位扩展操作，实现输入的图像数据的可持续性高速存储。设计采用在FPGA内部构建一种基于二级缓存机制的双流水线并行工作模式，充分发挥每一个NANDFlash芯片的存储性能以实现大量数据的持续高速存储。并针对Flash存储阵列的特点，提出了两种各有优势的无效块管理方案。采用了芯片厂家推荐的ECC纠错算法，对Flash芯片中的误码进行纠正，实现了高吞吐率下数据的可靠存储。其次，利用FPGA内部的大容量块RAM资源实现一帧图像数据中最大值与最小值的查询，然后调用IP核完成乘法和除

6、法运算，最终实现16位灰度图像到8位灰度图像的转换，以适应VGA显示要求。并采用FPGA构建了VGA显示时序，通过对ADV7123的控制，实现输入图像数据的实时显示。最后，针对FPGA内部复杂逻辑时序造成的时序稳定性问题，研究了利用FPGA内部存储资源，构建高稳定、低功耗有限状态机程序的方法。采用这种设计方法大幅减小FPGA内部的逻辑资源、布线资源的使用，从而达到减小功耗，提升系统的可靠性的目的。通过对各项技术以及装置总体的性能进行测试，并对测试数据进行分析和计算。高速图像记录器使用20片Flash芯片实现5×8的存储阵列可以达到最大

7、持续200MB/s的数据存储速率。大量试验证明高速图像记录器存储速率以及容量、显示效果均满足设计指标，工作稳定可靠。关键词：Flash存储阵列、高速可靠存储、灰度级拉伸、VGA显示、低功耗设计中北大学学位论文TheKeyTechnologyofHighSpeedImageDataReal-timeStorageandDisplayAbstractIntheaerospacetest,highfrequencyframes,highresolutionimagessensorsarewidelyappliedtoobtainhighcl

8、earandhighresolutionimage.Theuseofthesehigh-performanceimagingdeviceswillgeneratealargeamountofimagedatainasho