CMOS SENSOR接口的ASIC电路设计

论文摘要

随着半导体科技的快速发展,具有图像功能的嵌入式系统应用愈来愈多。而目前CMOS图像传感器在各种应用上越来越多,从拍照手机、数码相机、玩具等消费产品到数字视频监视等工业控制及安防产品,加上医疗电子和汽车电子市场,其中图像采集已成为重要的组成部分之一,与此同时,超大规模集成电路的发展,使用ASIC设计的方案越来越广泛,所以本文提出了CMOS Sensor接口的ASIC电路设计。本设计主要功能是实现正确地采样Sensor输出的图像数据。首先详细分析了各种CMOS传感器输出的时序特点和所需的控制信号,根据传感器输出的CCIR656和CCIR601两种时序特点,重点提出了基于ARC600的SOC芯片中CMOS图像传感器接口控制电路模块的设计方案:该控制电路直接挂在AHB总线上,针对片上系统的AMBA总线进行了分析,考虑了AHB在突发访问外部存储器时地址总线有1K Bytes的边界要求、突发长度对系统的影响以及提出了突发长度仲裁的机制,即将一次突发传输根据需要可以再分割成若干次传输的方法;然后研究了不同时钟域的数据总线传递的方法,提出了格雷码方式在异步时钟域下的数据传输;同时为了减少对系统资源带宽的使用,提出了图像缩小的结构;为了防止数据传输的丢失,对于内部数据缓存提出了乒乓缓存结构;并分析了图像传感器的配置接口串行传感器控制总线SCCB协议;考虑了从芯片的成本节约和低功耗的角度上,采用了门控时钟的方法进行逻辑综合;最后把采集到相应的图像数据通过AHB主设备接口以直接存储器访问的方式,且最大突发长度可配置的模式传输到片外存储器内,为后续的图像处理提供数据。经过动态功能仿真,静态时序分析,逻辑综合和形式验证后,得到该IP在SOC系统中可以达到100MHz以上的工作频率,并在32位AHB系统中能够满足QVGA(320x240)的动态刷新的带宽,满足了设计要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.2 课题研究的目的及意义
• 1.3 图像传感器的数据输出结构及特点
• 1.4 本论文的研究内容
• 1.5 本文的章节安排
• 第二章 传感器原理和 AMBA 总线及 SCCB 总线
• 2.1 图像传感器
• 2.1.1 图像传感器产品现状及特点
• 2.1.2 图像传感器的工作原理
• 2.1.3 CMOS 图像传感器的ISP 功能
• 2.1.4 图像传感器数据输出格式
• 2.2 AMBA 总线
• 2.2.1 AHB 总线
• 2.2.2 APB 介绍
• 2.3 SCCB 总线介绍
• 2.3.1 SCCB 总线特征
• 2.3.2 软件模拟12C 时序
• 2.4 本章小结
• 第三章 CMOS Sensor 接口控制电路
• 3.1 SOC 系统架构
• 3.2 CMOS 传感器接口（CIF）电路架构图
• 3.3 寄存器空间
• 3.4 CCIR656 接口电路
• 3.5 选择器和同步电路
• 3.6 YUV422 转YUV420
• 3.7 图像尺寸缩小（Scale Down）
• 3.8 数据采集和内部缓存管理电路
• 3.9 突发长度仲裁
• 3.10 AHB 主设备写控制电路
• 3.11 整个CIF 电路的应用及控制流程
• 3.11.1 CIF 电路的控制流程
• 3.11.2 CIF 电路的应用
• 3.12 本章小结
• 第四章 仿真和验证
• 4.1 ASIC 设计流程
• 4.2 VCS 动态功能仿真
• 4.3 逻辑综合和静态时序分析及报告
• 4.3.1 逻辑综合
• 4.3.2 静态时序分析
• 4.3.3 逻辑综合、时序分析报告
• 4.4 形式验证及报告
• 4.5 仿真和验证及结果
• 4.6 本章小结
• 第五章 总结和展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 作者在攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢