基于FPGA的圖像處理框架設計

袁柳　高陽陽　張睿　李勐

摘要：針對圖像處理應用特點，提出一種基于NetFPGA開發平臺的圖像處理框架。圖像處理框架由軟核、UART模塊、BRAM模塊、VDMA模塊和圖像處理模塊組成，提供統一圖像處理IP核接口。測試表明，該框架可以高效實現SIFT特征提取典型圖像處理應用。

關鍵詞：FPGA;VDMA;圖像處理;軟核

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）05-0147-02

隨著大數據和人工智能行業發展，圖像處理應用的數據量、運算量逐漸增大，傳統的CPU架構無法滿足圖像處理數據密集型計算需要，需要GPU、FPGA等異構計算方案。由于FPGA功耗低、硬件可編程、并行性高、適合嵌入式場合等特點，越來越多被應用到圖像處理場合[1-3]。但是FPGA平臺存在開發難度大，缺乏統一框架等問題。本文基于NetFPGA開發平臺，設計并實現了一種基于VDMA的圖像處理框架，該框架可以提供統一的圖像處理IP核接口，便于下一步開發和代碼移植。

1 圖像處理框架組成

基于VDMA的圖像處理框架的系統框圖如圖1所示。本系統主要由軟核、BRAM模塊、VDMA模塊和圖像處理模塊、UART模塊組成，集成于FPGA中。其中：

MicroBlaze軟核為嵌入在FPGA中的RISC處理器軟核，具備處理速度快、可配置等特點，負責控制其他模塊完成各項功能;BRAM模塊提供可配置的存儲緩存功能，支持讀寫同步操作，用于緩存輸入圖像和圖像處理結果;VDMA模塊基于FPGA的IP核實現，擁有2個DMA通道，為AXI4格式的圖像視頻數據流提供高速數據傳輸通道，用于完成BRAM和圖像處理模塊間的數據傳輸;圖像處理模塊設計統一的IP核接口，內部為圖像處理應用的邏輯實現，用于完成核心的圖像處理功能;UART模塊用于將FPGA的圖像處理結果發送給PC端。……