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资源说明：随着科学技术的发展和现代战争条件的变化，传统图像信号提供的单一服务已远远不能满足现代战争的需要。图像信号由于包含有极其丰富的信息，具有通信效率高、便于记录、形象逼真、临场感强等特点，所传送的信息量远远超过其他通信手段，所以得到越来越多的重视。在JPEG2000系统下，视频采集系统是视频采集功能的FPGA(现场可编程门阵列)前端系统，是视频图像处理、应用的前项通道。作为视频采集系统的重要组成部分I2C(Inter Integrated Circuit)总线，早在20世纪80年代由荷兰Philips公司研制开发成功。它是一种简单、双向二线制同步串行总线硬件接口。
l I2C总线的特点和协议
在基于FPGA的视频采集系统中，I2C（Inter Integrated Circuit）总线扮演着至关重要的角色。I2C总线是由荷兰Philips公司在20世纪80年代开发的一种简单而有效的二线制同步串行总线，适用于微控制器与外围设备之间的通信。它通过两条线——串行时钟线(SCL)和串行数据线(SDA)来实现双向数据传输，极大地减少了硬件接口的复杂性，降低了系统的成本。
I2C总线的主要特点包括：
1. **简化的引脚设计**：只需要两根线就能实现设备间的通信，降低了硬件设计的复杂性。
2. **唯一地址**：每个连接到总线的设备都有一个唯一的地址，可以通过软件设定。
3. **多主控机制**：I2C总线支持多个主控器，如果出现冲突，系统会通过仲裁机制解决。
4. **多种传输速率**：提供标准模式（100 Kb/s）、快速模式（400 Kb/s）和高速模式（高达3.4 Mb/s），适应不同速度的需求。
5. **总线容量限制**：最大总线电容为400 pF，限制了连接设备的数量。
6. **数据完整性**：内置滤波器确保了数据传输的可靠性，避免毛刺干扰。
I2C总线协议规定了数据传输的规则：
- 数据传输的开始和结束由数据线上电平的特定变化来定义：开始条件是SDA线在SCL高电平时由高变低，结束条件是SDA线在SCL高电平时由低变高。
- 在时钟线SCL为低的期间，SDA线可以改变状态以传输数据，而在SCL为高的时候，SDA线必须保持稳定。
- 主控器和从设备通过在SCL高电平时控制SDA线的电平进行应答。
在视频采集系统中，I2C总线常用于配置和控制视频处理芯片，如SAA7111。该芯片是一种集成的模拟前端和数字视频解码器，能够处理模拟视频输入并将其转化为标准的数字YUV格式。FPGA（现场可编程门阵列）通过I2C总线与SAA7111通信，设置其内部的寄存器以实现特定的功能，如视频源选择、滤波、A/D转换、增益控制等。例如，SAA7111的32个寄存器中有22个是可编程的，它们包含了对模拟输入控制、视频解码、亮度、对比度和饱和度调整等参数的设定。
在系统启动时，FPGA会先从外部配置芯片读取数据，然后通过I2C配置模块对SAA7111进行初始化。一旦初始化完成，系统就准备好接收采集图像的命令。当命令到来，FPGA会将视频信号送到SAA7111进行A/D转换，生成数字图像信息供后续处理。
I2C总线在基于FPGA的视频采集系统中发挥着核心作用，简化了系统设计，提高了灵活性，并保证了高效稳定的视频信号处理。通过熟练掌握I2C协议和相关芯片的使用，能够构建出更加先进的视频采集和处理解决方案。
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