随着集成电路技术的高速发展,单芯片图像处理成为目前的研究开发热点之一。FPGA结合了微电子技术、电路技术、EDA技术,使设计者可以集中精力进行系统逻辑功能的设计,缩短了设计周期,提高了设计质量。本论文基于Altera公司CycloneⅡ系列的FPGA芯片,研究并实现实时图像边缘检测的单芯片系统。系统的整个设计过程是在QuartusⅡ以及DE1等软硬件环境下完成的,内容主要包括系统结构的分析以及各模块的设计、仿真以及系统在硬件上的验证。其中详细论述了乒乓操作在本系统中的实现方式,通过VHDL实现了摄像头驱动、视频数据流的格式化、FIFO的读写操作、亮度数据的处理、边缘数据的处理以及液晶显示驱动等若干模块。和传统通过软件以及处理器实现图像处理不同,论文完全基于硬件来实现,包括进行亮度计算以及边缘检测的处理机,有效的节约了系统资源,为今后的单芯片处理系统设计打下了坚实的理论与实践基础。为了满足系统对实时性的要求,在系统体系结构中采用了乒乓读写操作方式,处理器采用了多级流水线的结构。理论的分析和实验结果表明,系统的体系结构适合于实时图像数据的处理,其中乒乓读写双口RAM的处理方式以及处理器中的多级流水线结构可以作为后续设计实时图像处理系统的通用方法。