单片机新手分享点实战经验，别光谈理论。首先，目标识别如果只是跟踪个色块，完全可以用硬件逻辑搞定！做一个‘质心提取’模块，在二值化流水线后，实时统计每行每列的像素和，就能算出重心坐标，这比软核快得多，还省了软核算连通域的时间。这样软核压力小很多，只负责读坐标和跑PID。PID计算放软核没问题，方便调参。但有个坑：如果平衡车姿态解算（用IMU）算法复杂（比如互补滤波），也放软核的话，可能周期跟不上。可以考虑用硬件逻辑做一个简单的角度解算加速器，或者干脆用硬核ARM跑（如果SoC有的话）。电机驱动PWM和编码器解码必须硬件，这个没商量。通信上，一定要用双端口RAM或FIFO作为数据交换区，而不是傻傻地用寄存器一个个传。比如，硬件预处理模块把每帧算出的目标坐标写入一个小的双口RAM，软核周期性地去读。反之，软核算出的PWM值也写入另一个RAM，硬件PWM生成模块直接读取。这样效率高，耦合度低。最后提醒，2026年电赛题目不确定，但视觉伺服平衡车这个方案复杂度高，一定要提前把硬件流水线和软核框架搭好，比赛时主要调参数和算法逻辑。
从保证实时性的角度，我画个简单的任务划分图给你参考。硬件逻辑部分（Verilog/VHDL实现）：1. 摄像头接口（如DVP或MIPI）采集，直接进FIFO。2. 图像预处理流水线：包括去噪、色彩转换、阈值分割。3. 电机PWM生成模块（多路），接收来自总线的占空比指令。4. 编码器计数模块，实时读取电机转速并存储到寄存器。软核部分（C程序）：1. 目标识别算法：从硬件预处理后的二值化图像缓冲区（比如SDRAM里划一块）读取数据，进行轮廓分析，计算目标中心坐标。2. 平衡与跟踪PID控制器：输入是编码器数据（来自硬件寄存器）、目标坐标、IMU数据（如果IMU接在软核的I2C上），计算输出PWM占空比，写入硬件寄存器。3. 上层逻辑和人机交互（比如按键、显示）。划分的关键是看时间尺度。图像预处理是像素级操作（纳秒/微秒级），必须硬件并行。PID控制周期在毫秒级，软核来得及算。但电机PWM是微秒级精确波形，必须硬件保证。通信用AXI4-Lite管理寄存器和AXI4-Stream传图像数据流。注意，软核和硬件逻辑之间共享的数据结构要简单，比如用坐标值、状态标志，别传整张图。
我们去年电赛做过类似的东西，当时用的也是带ARM硬核的FPGA。核心思路就是：把对实时性要求最高的、最规整的流水线操作扔到硬件逻辑里，把复杂的、需要灵活调整的算法扔到软核。具体到你这个方案，图像采集、色彩空间转换（比如RGB转HSV或灰度）、二值化、Sobel边缘检测这些预处理，一定要用硬件逻辑实现，做成流水线，一帧图像进来，几个时钟周期后结果就出来了，这是软核根本比不了的。目标识别（比如找色块轮廓、算质心）可以用软核，因为算法可能比较复杂（比如要用到连通域标记），而且比赛期间可能需要调参数。PID计算也放软核，因为PID参数需要在线整定，用C语言写调试方便。但电机PWM生成必须用硬件逻辑！用计数器生成精确的PWM波形，软核发个占空比指令就行。通信的话，DE10-Nano的ARM和FPGA逻辑之间用AXI-Lite总线就够了，设置几个寄存器：比如软核把目标坐标、角度偏差写入寄存器，硬件逻辑的PID模块读取；硬件逻辑把预处理后的二值化图像数据通过DMA放到片上内存，软核去读取。记住，图像原始数据不要走软核，会堵死的。
