基于FPGA视频采集中的I2C总线设计与实现
l I2C总线的特点和协议
I2C总线协议作为一个串行总线标准，尽管没有并行总线的数据吞吐能力，但是它的特点和协议使其有着广泛的应用。其特点和协议主要有：
只需两条总线即串行时钟线(SCL)和串行数据线(SDA)，使得IC引脚数目降低；且连接到总线的器件都是惟一地址、从节点关系软件设定地址，主节点可以发送或者接收数据。是真正的多主总线，当两个或更多主节点同时初始化数据传输时，可以通过冲突检测和仲裁防止数据被破坏。串行的8位双向数据传输速率在标准模式下可达100 Kb／s，快速模式下达400 Kb／s，高速模式下达3．4 Mb／s，连接到相同总线的IC数量只受到总线的最大电容(400 pF)限制。片上的滤波器可以滤去总线数据线上的毛刺波，保证数据完整。
一般在总线不忙的情况下，数据传送才能开始，在数据传送期间，无论何时时钟线为高，数据线必须保持稳定，而且数据线和时钟都必须保持为高电平。当时钟线为高时，数据线的变化将认为是传送的开始或停止，在这里，数据线由高到低的变化决定开始条件。而且数据线由低到高的变化决定停止条件。在满足开始条件后，串行时钟线(SCL)为低电平期间，串行数据线(SDA)允许发生变化，但每位数据需一个时钟脉冲，当串行时钟线(SCL)为高电平时，串行数据线(SDA)必须稳定，不能发生任何变化。主控器在应答时钟脉冲高电平期间释放串行数据线(SDA)线高，转由接收器控制。受控器在应答时钟脉冲高电平期间必须拉低串行数据线(SDA)线，使稳定的低电平作为有效应答。
2 系统结构设计
现有一些可编程视频输入处理芯片，如：SAA7111，它的配置是通过I2C总线实现的，这种总线接口协议解决了设计数字控制电路时所遇到的许多接口问题，大大降低了视频输入处理部分的设计难度。因此，它被广泛应用于视频桌面系统、图像多媒体、数字电视、图像处理、视频电话和音频等领域。SAA7111芯片作为视频的输入处理部分，用来实现模拟输入视频信号的数字化。系统上电时，FPGA首先从外部配置芯片中读取配置数据，进入工作模式状态。随后I2C配置模块完成对SAA7111的初始化。初始化结束后，FPGA等待采集图像的命令，FPGA收到采集命令后，视频信号将进入视频解码器SAA7111进行A／D转换，以将模拟信息变成标准的YUV数字图像信息。系统功能框图如图1所示。
3 I2C总线的实现方法
在对I2C总线设计中，通过SAA7111上的I2C接口对其工作方式寄存器进行设置实现其功能。SAA7111是一款功能强大的模拟前端和数字视频译码器，常应用在嵌入式视频应用的高度集成的电路中。内部包含两路模拟处理通道，能实现视频源的选择、抗混叠滤波、A／D转换、自动嵌位、自动增益控制、时钟产生、多制式解码以及亮度、对比度和饱和度的控制，从而将PAL，NTSC等不同制式的模拟复合视频数据解码成亮度、色度和相关同步的数字信号。SAA7111内有32个寄存器(SLLbaddress00～1FH)，其中22个是可编程的。其中，OOH，1A～lCH，lFH是只读寄存器。00H描述的是芯片版本信息；1A～1CH是文本信息检测和解码寄存器，一般很少用到；lFH用来描述芯片的状态。02H～12H是可读／写寄存器，其中：02H～05H是模拟输入控制寄存器，02H用于设置模拟视频信号输入方式(共8种)；03H～05H用于设置增益控制方式；06H～12H主要用于设置解码方式，通过配置这些寄存器可以设置行同步信号的开始和结束位置，并可确定亮度、色度、饱和度的大小以及输出图像数据信号的格式。01H，13H～19H，1DH～1EH寄存器保留使用。
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