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如今高性能CMOS图像传感器的应用已经日趋广泛，同时对高速数据采集系统的性能也提出了越来越高的要求，所以对于高速图像采集系统的研究具有实际意义。高速采集和实时传输分别是高速数据采集的两个主要研究内容，其中FPGA发展为数据的高速采集和存储提供了更好的解决方法，同时USB3.0高速接口的广泛应用为高速数据实时传输提供了一个新型可行的解决方案。针对FPGA强大的处理能力和USB3.0接口高速传输的特点完成了高速CMOS图像采集系统，该系统的特点是通过接收多路CMOS图像高速输入信号，利用DDR2模块进行数据高速缓存，通过FPGA主控芯片控制USB3.0接口芯片进行高速数据的传输，将图像数据传送至上位机进行显示，从而实现了高速图像数据的采集、存储、传输以及显示。本文结合CMOS图像传感器的数据输出特点，利用FPGA开发板和Verilog HDL程序模拟产生高速CMOS图像传感器的数据输出，包括行有效，帧有效，像素时钟等数据，然后将数据通过多路LVDS信号输入到高速图像采集系统的板卡；板卡设计充分考虑了高速数字信号传输完整性的设计要求，通过多层板设计较好的实现了信号分层，平面分割，防止信号串扰等要求。本设计以FPGA控制整个系统工作，数据缓存通过FPGA程序和调用内部IP核来控制DDR2芯片完成，采用Cypress公司的FX3型3.0接口芯片CYUSB3014进行数据的传输；本系统采用NI公司的Labview软件来实现上位机的设计，功能包括数据的采集和图像显示等从而实现对整个采集系统的控制。本文采用先硬件后软件的顺序介绍各部分设计，对整个系统进行阐述。硬件方面围绕FPGA、DDR2和USB3.0芯片来介绍各个模块的外围电路设计，以及电源模块和多层板设计所需要注意的内容等方面进行展开，然后给出整体版图和实物图；软件介绍方法采用先整体后部分的方式，采用模块化的阐述方法对各部分程序进行详细介绍。软件设计的顺序是从主控芯片FPGA开始，然后接口芯片USB3.0，最后是上位机软件设计。经过对系统的整体测试和功能验证，结果表明本设计能够实现CMOS图像的高速数据传输，较好的完成了设计目标。