zedboard的usb摄像头的图片采集和输出显示
人工智能是当今社会研究的一个热门话题，我们的生活中到处存在着人工智能产品，比如，智能汽车、智能家具等等，我们的生活已经与人工智能息息相关。所以研究人工智能具有非常大的意义。比如，可以将智能机器人运用到考古中，去探测尚未发掘的秦始皇陵。也可以将智能机器人运用到安全生产中，去探测核泄漏的工厂。本文所研究的对象是Xilinx公司生产的基于Zynq-7000的智能小车。本课题采用USB摄像头进行图像数据的采集，然后对采集到的数据进行解码和传输，最终在显示器上显示到我们采集到的图像数据。在本课题中，首先通过编程打开USB摄像头，进而配置摄像头的相关参数，然后向Zedboard申请缓存区，用于数据的暂时存储，接着启动摄像头进行采集数据，读取缓存区的数据，最后关闭摄像头。本课题运用到了USB摄像头采集数据的原理，图像数据的解码与传输的原理，图像格式的转化以及显示器显示的原理等等。本课题用到的软件平台是ubuntu14.04系统和arm-linux-xilinx交叉编译器。本课题具有很大的实际意义，我们可以远程控制智能小车的运动，对前方的陌生环境进行探测，极大的节省了人力物力。此外，此课题还有很大的发挥空间，比如我们可以在智能小车上安装机械手臂，这样我们就可以拾取物品和消除障碍。同时我们还可以安装全景摄像头，这就可以对我们所探测的环境进行全面的排查。
目录
摘要 I
ABSTRACT II
目录 III
第一章 绪论 1
1.1 课题研究的背景和意义 1
1.2 Xilinx公司与FPGA的发展 1
1.3 课题实现的平台 2
1.3.1 硬件平台Zynq7000 All Programmable SoC 2
1.3.2 软件平台Ubuntu14.04和ARMLinuxXilinxgnueabi 2
1.4 本章小结 3
第二章 图片采集与传输的硬件环境 4
2.1 小车的整体结构与性能 4
2.2处理器单元 5
2.2.1 处理器系统PS 5
2.2.2可编程逻辑系统PL 5
2.2.3 PL与PS的连接问题 6
2.3 PL与PS的
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接口技术 7
2.3.1 PL与PS接口 7
2.3.2 AXI接口技术 7
2.4 通用外设和接口 9
2.4.1 HDMI接口 10
2.4.2 VGA接口 11
2.4.3 DDR控制器 12
2.5 系统级信号的管理 12
2.5.1 电源管理系统信号 12
2.5.2 时钟系统信号 13
2.6 本章小结 13
第三章 图片采集与传输的系统设计 14
3.1 图片采集与显示的方案设计 14
3.2 图像的解码的设计 15
3.2.1乒乓缓存原理 15
3.2.2 ADV7511视频解码芯片的使用 16
3.3 图像的编码的设计 17
3.3.1 图像数据解码的实现 17
3.3.2 Y分量的提取 18
3.3.3 YCbCr转换为RGB 18
3.4 CRT显示器显示原理 18
3.5 本章小结 19
第四章 图片采集与传输的软件实现 20
4.1 Zynq交叉编译环境的建立 20
4.2 程序实现 22
4.2.1 V4L2的图像采集 22
4.2.2 编程实现 23
4.2.3 在zedboard上进行 24
4.3 本章小结 25
第五章 总结与展望 26
5.1 课题的总结 26
5.2 课题的展望 26
致谢 27
参考文献 28
附录 30
第一章 绪论
1.1 课题研究的背景和意义
随着我们科技的进步和人类生产生活的需要，无人环境下的操作与智能监控已经越来越成为当今社会研究的一个热门话题。小到自动排雷的机器人，大到无人驾驶的战斗机，我们的生产生活因此而变得越来越便捷与高效。我们可以用无人机器在恶劣的环境下进行作业，如对核泄漏的核电站进行检查；我们也可以用自动装置来代替工厂作业的工人，如焊接零件、装配汽车等。所以对无人环境下的操作与监控的研究具有重要的意义。
本课题是基于搭载Xilinx公司生产的Zynq7000 All Programmable SoC板卡的智能小车，并采用小车上的USB摄像头进行图片的采集和输出显示。该课题的意义在于，我们可以在危急的情况下运用此小车进行前方情况的排查，如清理战场上的雷区；也可以在人们无法进入的地方进行内部环境的探测，如管道内部的探测与检修，这样我们不仅减免了人力物力，同时也大大保证了人们的生命安全。
1.2 Xilinx公司与FPGA的发展
赛灵思（Xilinx）是全球领先的可编程逻辑完整解决方案的供应商，该公司主要进行Xilinx的研发，设计制造种类广泛的集成电路以及软件工具，而且还设计具有作为系统预定义级的IP(Intellectual Property)核[1]。Xilinx总部是设在美国的加利福尼亚州的圣何塞市。主要的FPGA产品有Spartan系列，Virtex系列等。主要的开发软件有ISE,嵌入式开发套件EDK等。
FPGA就是现场可编程逻辑门阵列，它具有体积小，集成度高的特点，能运用可编程实现专门的具体电路。近些年来，数字集成电路的发展日益迅猛，FPGA具有易用性的特点，能够简单、快捷的设计电路，同时也减少了不要的反复流片，降低了成本。有时候无需定制芯片，直接使用FPGA就能快速实现。为了，FPGA将朝着以下几个方向发展：（1）.集成度将会变得越来越高，规模也将会变得越来越大；（2）.功耗持续降低，速度变得越来越快，性能将会不断的提升；（3）.IP核和一体化工具不断发展；（4）.成本将会变得越来越低；(5).将会朝着可编程系统SOPC方向前进[2]。目前FPGA的主要厂家主要有3家，Altera,Xilinx和Lattice。
1.3 课题实现的平台
1.3.1 硬件平台Zynq7000 All Programmable SoC
Zynq7000 All Programmable SoC系列集成了ARM CortexA9双核（Processing System，PS）和多达500多万个逻辑门的可编程逻辑单元（Programmable Logic，PL）,能够快捷方便的实现用户的各种要求[3]。
Zynq7000系列的特色是在于它包含了完整的ARM处理子系统，该系列的每一个处理器都装有CortexA9的双核处理器，该处理器是整个处理器的核心，同时处理器子系统中还有丰富的外设和丰富的内存控制器，使得CortexA9能够完全独立运行，而不需要可编程逻辑单元，这与传统的FPGA有着很大的不同。而且，可编程逻辑部分与ARM处理单元能够紧密的结合。FPGA有着及其丰富的扩展能力，内部的连接资源非常的丰富，尤其它能够提供速度达到100Gb/s以上的内部带宽[4]。同时，I/O口方面可以充分的自定义，并且高速串行口(Multi Gigabit Transceiver)集成在FPGA中。最后，FPGA内有模数转换器(XADC)。
目录
摘要 I
ABSTRACT II
目录 III
第一章 绪论 1
1.1 课题研究的背景和意义 1
1.2 Xilinx公司与FPGA的发展 1
1.3 课题实现的平台 2
1.3.1 硬件平台Zynq7000 All Programmable SoC 2
1.3.2 软件平台Ubuntu14.04和ARMLinuxXilinxgnueabi 2
1.4 本章小结 3
第二章 图片采集与传输的硬件环境 4
2.1 小车的整体结构与性能 4
2.2处理器单元 5
2.2.1 处理器系统PS 5
2.2.2可编程逻辑系统PL 5
2.2.3 PL与PS的连接问题 6
2.3 PL与PS的
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接口技术 7
2.3.1 PL与PS接口 7
2.3.2 AXI接口技术 7
2.4 通用外设和接口 9
2.4.1 HDMI接口 10
2.4.2 VGA接口 11
2.4.3 DDR控制器 12
2.5 系统级信号的管理 12
2.5.1 电源管理系统信号 12
2.5.2 时钟系统信号 13
2.6 本章小结 13
第三章 图片采集与传输的系统设计 14
3.1 图片采集与显示的方案设计 14
3.2 图像的解码的设计 15
3.2.1乒乓缓存原理 15
3.2.2 ADV7511视频解码芯片的使用 16
3.3 图像的编码的设计 17
3.3.1 图像数据解码的实现 17
3.3.2 Y分量的提取 18
3.3.3 YCbCr转换为RGB 18
3.4 CRT显示器显示原理 18
3.5 本章小结 19
第四章 图片采集与传输的软件实现 20
4.1 Zynq交叉编译环境的建立 20
4.2 程序实现 22
4.2.1 V4L2的图像采集 22
4.2.2 编程实现 23
4.2.3 在zedboard上进行 24
4.3 本章小结 25
第五章 总结与展望 26
5.1 课题的总结 26
5.2 课题的展望 26
致谢 27
参考文献 28
附录 30
第一章 绪论
1.1 课题研究的背景和意义
随着我们科技的进步和人类生产生活的需要，无人环境下的操作与智能监控已经越来越成为当今社会研究的一个热门话题。小到自动排雷的机器人，大到无人驾驶的战斗机，我们的生产生活因此而变得越来越便捷与高效。我们可以用无人机器在恶劣的环境下进行作业，如对核泄漏的核电站进行检查；我们也可以用自动装置来代替工厂作业的工人，如焊接零件、装配汽车等。所以对无人环境下的操作与监控的研究具有重要的意义。
本课题是基于搭载Xilinx公司生产的Zynq7000 All Programmable SoC板卡的智能小车，并采用小车上的USB摄像头进行图片的采集和输出显示。该课题的意义在于，我们可以在危急的情况下运用此小车进行前方情况的排查，如清理战场上的雷区；也可以在人们无法进入的地方进行内部环境的探测，如管道内部的探测与检修，这样我们不仅减免了人力物力，同时也大大保证了人们的生命安全。
1.2 Xilinx公司与FPGA的发展
赛灵思（Xilinx）是全球领先的可编程逻辑完整解决方案的供应商，该公司主要进行Xilinx的研发，设计制造种类广泛的集成电路以及软件工具，而且还设计具有作为系统预定义级的IP(Intellectual Property)核[1]。Xilinx总部是设在美国的加利福尼亚州的圣何塞市。主要的FPGA产品有Spartan系列，Virtex系列等。主要的开发软件有ISE,嵌入式开发套件EDK等。
FPGA就是现场可编程逻辑门阵列，它具有体积小，集成度高的特点，能运用可编程实现专门的具体电路。近些年来，数字集成电路的发展日益迅猛，FPGA具有易用性的特点，能够简单、快捷的设计电路，同时也减少了不要的反复流片，降低了成本。有时候无需定制芯片，直接使用FPGA就能快速实现。为了，FPGA将朝着以下几个方向发展：（1）.集成度将会变得越来越高，规模也将会变得越来越大；（2）.功耗持续降低，速度变得越来越快，性能将会不断的提升；（3）.IP核和一体化工具不断发展；（4）.成本将会变得越来越低；(5).将会朝着可编程系统SOPC方向前进[2]。目前FPGA的主要厂家主要有3家，Altera,Xilinx和Lattice。
1.3 课题实现的平台
1.3.1 硬件平台Zynq7000 All Programmable SoC
Zynq7000 All Programmable SoC系列集成了ARM CortexA9双核（Processing System，PS）和多达500多万个逻辑门的可编程逻辑单元（Programmable Logic，PL）,能够快捷方便的实现用户的各种要求[3]。
Zynq7000系列的特色是在于它包含了完整的ARM处理子系统，该系列的每一个处理器都装有CortexA9的双核处理器，该处理器是整个处理器的核心，同时处理器子系统中还有丰富的外设和丰富的内存控制器，使得CortexA9能够完全独立运行，而不需要可编程逻辑单元，这与传统的FPGA有着很大的不同。而且，可编程逻辑部分与ARM处理单元能够紧密的结合。FPGA有着及其丰富的扩展能力，内部的连接资源非常的丰富，尤其它能够提供速度达到100Gb/s以上的内部带宽[4]。同时，I/O口方面可以充分的自定义，并且高速串行口(Multi Gigabit Transceiver)集成在FPGA中。最后，FPGA内有模数转换器(XADC)。
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