基于Coretx-M3的图像处理SoC设计与实现

刘沂军; 张鹤龄; 梅海霞; 王丽杰

doi:10.19292/j.cnki.jdxxp.2025.01.008

吉林大学学报(信息科学版) ›› 2025, Vol. 43 ›› Issue (01) : 26 -33. DOI: 10.19292/j.cnki.jdxxp.2025.01.008

基于Coretx-M3的图像处理SoC设计与实现

刘沂军, 张鹤龄, 梅海霞, 王丽杰

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摘要

针对单一的嵌入式处理器很难高效地完成图像处理等巨量计算任务的问题，基于FPGA(Field-Programmable Gate Array)和Coretx-M3处理器内核设计了一套具有图像处理功能的SoC(System on Chip)。硬件设计基于Xilinx公司的Kintex-7 FPGA和Arm公司提供的Cortex-M3内核，在FPGA上实现处理器架构，利用IP(Internet Protocol)核与Verilog设计存储器、总线系统和基本的外设，并通过总线与处理器相连，设计图像处理单元，将常用的数字图像处理算法映射为硬件描述语言，并设计总线接口与处理器相连，为SoC提供图像处理能力。软件设计基于Keil MDK工具和C语言，为SoC的外设和图像处理单元编写驱动程序，仿真了系统功能，同时以二值化算法为例将基于Matlab的数字图像处理与SoC中的图像处理单元进行充分的对比测试，结果表明该图像处理SoC不但性能优良，同时拥有FPGA与SoC的全部优势。笔者成功开发出了基于FPGA平台的具有图像处理功能的SoC,该系统在Xilinx公司的Kintex-7系列，型号为XC7K325TFFG676-2的FPGA上进行了板级验证。该设计体现出FPGA平台设计该系统的高度灵活性与高效性，提供了单一嵌入式处理器很难高效完成图像处理等巨量计算任务弊端的一种解决方案。该系统基于可重构平台设计，可实现外设功能根据需求的定制化，具有灵活度更高的优势。