CCD高速数字图像多路光纤传输系统研究
高速多光谱TDICCD图像数据传输系统
Ｄｉｅｅｔ ｌ ｉｎｌ ｇ（Ｖ ）ｎｅｆｃ ｒ ｅｃｉｅ ｅ ｉ Ｆｎ ｌ ， ０ｃ ａｎ ｌ’ ａａ ｅ ｉ ｇ ａａｏ Ｔ Ｉ Ｃ ｆ ｒｎｉ ｇ ａｎ Ｌ ＤＳ ｉｔ ａｅ ｆ ａＳ ｉ ｒ ｗｅｅｄ ｓｒ ｄｉ ｄ ｔ ｌ ｉａｙ ６ ｈ ｎ ｅｓｐ ｒｌ ｌｍａｅｄｔ ｆ Ｄ Ｃ Ｄ ｂ ｎ ａ． ｌ ｌ ５
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本 文在相 关研 究技 术 的基础 上 ，结合 工程需 求 ，设 计 了高速 多光谱 Ｔ Ｉ Ｃ 图像 数据 传输 系统 ，该 系 ＤＣ Ｄ 统 采用 两级数 据 整合方 式 ， 同时传输 ５ 高速 多光谱 Ｔ Ｃ Ｄ的 图像 数据 ， 可 片 ＤＩＣ 总有 效数据 实时 传输率 达 ８ ６ ． ６
（ ． ｈ ｎ ｃｕ ｓｉ ｔ ｏ ｐｉ ， ｉｅ ｃａ ｉ ｎ ｈｓ ｓＣ ｉｅｅ ｃｄ ｍ ｃｅｃｓＣ ａ ｇ ｈ ｎ１０ ３ ， ｈｎ ； Байду номын сангаасＣ ａ ｇ ｈ ｎ ｎｔｕｅ ｆＯ ｔｓＦｎ Ｍｅｈ ｎｃ ａ ｄＰ ｙ ｉ ， ｈｎｓ Ａ ａ ｅ ｙｏ ｉｎｅ， ｈ ｎ ｃｕ ３ ０ ３ Ｃ ｉａ Ｉ ｔ ｃ ｓ ｃ ｆＳ
Ｐｉｅ ３ ～ ０ ｘ １ ５ ７ ２３ ４ １
Ｐｉｅ ７ ￣ ０ ｘ １ ０ ２ ２３ ５ ３
图 １ Ｔ ＩＣ 结构框 图 ＤＣ Ｄ
Ｆｉ ｇ １ Ｆ ａ ｅ ｏ ｋ ｏ ＴＤＩ ｒｍ ｗ ｒ ｆ ＣＣＤ
２ 系 统 设 计
２ １ 总 体 设 计 思 想 ．
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２ ０
光 电 工程
２ １ 年 ９月 ０１
机 图像数 据传 输 系统的 设计提 出了很大 的挑 战 。 国内外学 者在 这方 面做 了很 多研究 ， 文献 ［］ 的 ６ ０ ５ ２ ４报导 ４ ｘ １
高速多通道CCD图像数据处理与传输系统设计
高 速 多通 道 Ｃ Ｄ图 像数 据 处 理 与 传 输 系统 设 计 Ｃ
张贵祥 ， 金 光 ， 亮 亮 ， 郑 张 刘
（ 中国科学 院 长春光学精密机械与物理研究所 ， 吉林 长春 １０ ３ ） ３ ０ ３
ｔ ｅｐ ｐ ｒａ ｏ ｔ ｅ ｉｎ ｌ ａ ａｌｌｐ ｏ ｅ ｓｎ ａ ｅ ｎ ＦＰ ｈ ａ ｅ ｄ ｐ ｓｒｇｏ ａ ｒｌ ｒ ｃ ｓｉ ｇ ｂ ｓ ｄ ｏ ＧＡ． Ｔｈ ＰＧＡ ｎ ｅ ｌｃ ｐ ｅ ｅＦ ｉ ｎ ｒｂｏ ｋ ＲＡＭ ｉ ｓ ｄ ｔ ｕｌ ｉｈ ｓ ｅ ｄ ｉ ａ ｅｄ ｔ ｕ ｆｒａ ｄ ｔ ｅｄｖｓｏ ｌｉｌｘｎ ｓｐ ｔｉｔ ｐ ｒ — ｓｕ ｅ ｏｂ ｉ ｈｇ ｐ ｅ ｇ ａａｂ ｆｅ ｎ ｉ － ｉｉｉｎ ｍｕ ｔ ｅ ｉｇ ｉ ｕ ｏｏ ｅａ ｄ ｍ ｍ ｐ ｎ ｔ ｎ ｔ ｃ ｉｖ ｉｈ ｓ ｅ ｄｍ ｕ ｔ ｃ ａ ｎ ｌｉ ｇ ａａｉｔ ｇ ａ ｉｎａ ｄｒ ａ—ｉ ｅｐ ｏ ｅ ｓｎ ．Ｆ ｒ ｉ ｏ ａ ｈｅ ｅｈｇ ｐ ｅ ｌ —ｈ ｎ ｅ ｍａ ｅｄ ｔ ｎ ｅ ｒ ｔ ｎ ｅ ｌ ｍ ｒ ｃ ｓｉｇ ｏ ｉ ｏ ｔ ｏ ｈｇ —ｐ ｅ ｕ ｔ ｃ ａ ｎ ｌ Ｄ ｇ ａ ａｔａ ｓ ｉｓｏ ｕ ｓｉｎｉ ｖ ｌｅ ｉｈ ｓ ｅ ｄｍ ｌｉ ｈ ｎ ｅ — ＣＣ ｉ ｍａ ｅｄ ｔ ｒｎ ｍ ｓｉｎ ｑ ｅ ｔ ｏｖ ｄ，ｔ ｅｐ ｐ ｒａ ａｙ ｅ ｏ ｎ ｈ ａ ｅ ｎ ｌ ｚ ｓ ｉ－ ｅ ｔ ｏ ｖ ｌａ ｅｄｆｅｅ ｔａ ｉｎ ｌａ ｄ ｈ ｇ ｐ ｅ ｉｆｒ ｎ ｉｌｓ ｒａ ｒ ｎ ｍ ｉｓｏ ｅ ｈ ｎ ｄ ｐ ｈ ｌｗ－ ｏ ｔｇ ｉ ｒ ｎ ｉｌｓｇ ａ ｎ ｉｈ ｓ ｅ ｄ ｄｆｅｅ ｔａ ｅｉｌｔａ ｓ ｓ ｉｎ ｔ ｃ — ｆ
一种多通道CCD图像数据传输系统的设计
一种多通道CCD图像数据传输系统的设计作者：李洪法来源：《科技资讯》2014年第01期摘要：本文针对CCD成像系统图像数据通道多、传输数据率大的问题，设计了一套使用XC2V3000和DS90CR217/DS90CR218A实现多通道CCD图像数据传输的系统。
该系统可实现输入时钟最高为85 MHz，数据吞吐率最大为1.785 Gbps的CCD图像数据传输。
同时在本系统中总结了印制线路板设计中的一些经验。
调试完成后，该系统已在某线阵CCD的图像传输中获得了很好的应用。
关键词：多通道CCD 数据传输系统 FPGA Channel Link中图分类号：TN915 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）01（a）-0009-02由于半导体工艺的进步，CCD图像传感器制作工艺的也不断提高，从而使得基于CCD传感器的相机在分辨率和扫描能力上也不断提高。
CCD相机在许多领域得到了广泛应用，如空间遥感、非接触工业控制等领域。
因此，对CCD相机所获取的目标信息数据进行实时的采集、存储和处理，对目标的检测和识别显得非常重要。
利用CCD图像数据采集的特点是数据传输速率高，传输通道多。
传输通道的增多，引起传输导线数量增加，系统功耗、噪声也随之增大。
本文通过应用Channel Link技术，提出了一种适用于高速多通道的CCD图像数据传输系统。
通过测试，该系统运行正常，满足了对CCD图像数据稳定、高速传输的要求。
1 组成本文针对的项目背景是某线阵CCD成像系统。
该CCD的像元总数为6144，分8个抽头输出，每抽头输出768个像元。
CCD输出的视频信号采用10位的模-数转换器进行量化。
CCD 的像元读出速度是13.75 MHz。
本系统中将8个通道数据整合为1路数据进行输出，则整合后的传输速率将达到13.75×8×10=1100 Mbps，数据的吞吐量非常可观。
为了能无失真地传输数据，本文设计了一种图像传输系统，其结构框图如图1所示，包括CCD图像数据预整合模块、CCD图像数据传输模块和CCD图像数据接收模块。
基于同步时分复用技术的数字CCD图像数据的光纤传输设计
基于同步时分复用技术的数字CCD 图像数据的光纤传输设计摘要：针对数字CCD 图像数据传输的问题,提出了一种借助于光纤的串行传输方案，阐述了系统工作原理、硬件结构和软件仿真。
以CPLD 和FIFO 为核心器件，基于同步时分复用原理，实现了2路同步控制信号和8路图像数据的不同速率信号的复接和分接。
对以往的并行传输系统进行了改进,简化了系统结构，并实现了CCD 相机图像数据高速率，远距离传输的要求。
关键词： 光纤传输 同步时分复用 CCD CPLDThe Design of Fiber Transmission System for Digital CCD CamraImage Data Based on Synchronous Time-Division MultiplexingAbstract: Aim at the problem of transmission for digital CCD image data ,this paper presents an implementation of serial fiber transmission system and its operating principle,hardware makeup and software design .with CPLD and FIFO used as the core devices in the system ,the multiplexing of two-route synchronus controlling signals and eight-route image data was realized on the basis of synchronous time-division multiplexing theory. This system simplify the structure of parallel tansmission system used in the past , and meet the need of high speed and long distance.Key word: fiber transmission; synchronus multiplexing; CCD; CPLD一、 引言近年来，CCD 器件以体积小、重量轻、功耗小、工作速度快等诸多优点，越来越受到人们的青睐。
高速CCD信号采集处理系统的设计与实现
高速CCD信号采集处理系统的设计与实现1. 本文概述随着科技的发展，高速CCD（电荷耦合器件）信号采集处理系统已成为众多领域，如物理研究、医学影像、天文观测等不可或缺的重要工具。
这些系统以其高速度、高分辨率和高灵敏度等特点，在实时信号捕捉、动态过程分析和精确测量等方面展现出巨大的应用潜力。
本文旨在探讨高速CCD信号采集处理系统的设计原则、关键技术和实现方法，以期为后续研究和应用提供有益的参考。
本文将概述高速CCD信号采集处理系统的基本结构和功能，包括光源、光学系统、CCD传感器、信号调理电路、数据采集与存储、以及信号处理与分析等模块。
随后，将重点介绍高速信号采集与处理中的关键技术，如高速ADC（模数转换器）的选择与优化、实时图像处理算法的实现、以及系统噪声和干扰的抑制等。
还将讨论系统性能的评价指标，如采样率、动态范围、信噪比等，并给出相应的测试方法和结果。
通过本文的阐述，读者可以对高速CCD信号采集处理系统的设计与实现有一个全面而深入的了解，从而为相关领域的研究和应用提供有益的启示和帮助。
2. 高速信号采集技术基础在设计与实现高速CCD信号采集处理系统时，第二部分——“高速信号采集技术基础”至关重要，该部分内容主要探讨了实现高效率、高质量信号获取所需的关键技术和原理。
高速CCD（ChargeCoupled Device）传感器是信号采集的核心组件，其工作原理基于电荷耦合效应，能够在短时间内将光信号转换为电信号，并通过内部移位寄存器快速读出。
针对高速应用场合，高性能CCD具备快速响应和高量子效率特性，确保捕获到的图像信号具有足够的时间分辨率和信噪比。
从CCD输出的模拟信号需要经过高速模数转换器（AnalogtoDigital Converter, ADC）将其数字化。
高速信号采集系统要求ADC具备高采样率和宽动态范围，以保证在快速信号变化过程中能够精确捕捉到信号的所有细节。
高速信号采集过程中，精准的同步和触发机制必不可少。
一种基于高速串行接口技术的CCD图像数据传输系统的设计实现
２系统 组 成 及原 理
本 文为实现 Ｃ Ｃ Ｄ高速 图像数据 传输而设计 的数传系统 ， 其组 成如 图１ 所示 ， 主要包括 Ｃ Ｃ Ｄ、 图像 采集整合与控制单元 、 高速 数据
串化 和 解 串核 心 器 件 Ｔ Ｌ Ｋ２ ７ １ １ 、 图像 数 据 控 制与 接 收 单元 、 快 视 上
１引言
在光 电成像领 域 ， 电子耦合器 件（ Ｃ ＣＤ： Ｃ ｈａ ｒ ｇ ｅ Ｃ ｏ ｕ ｐ ｌ ｅ ｄ Ｄｅ ｖ ｉ ｃ ｅ ） 得到了广泛的应用 。 随着 应用范围的扩大 ， 应用 系统对 Ｃ Ｃ Ｄ 的功能、 性能要求越来越高 ， ＣＣ Ｄ逐渐向大尺寸， 小像元 ， 高速度的 方 向发展 。 这直接导致 图像数据量的成倍增长 ， 给图像 数据传输带 来压力 。 因此解决 Ｃ Ｃ Ｄ图像数据 的高速 传输成为必须 要面对的 问 题［ １ ～。 本文基于高速差分 串行总线技术 ， 设计了空间Ｃ Ｃ Ｄ 的高速实 时传输系统 ， 有效 解决 了图像数据高速传 输所面 临的瓶 颈问题 。
位机 。
图 像 采 集 整 合 与 控 制 单 元 对 ＣＣＤ进 行 时 序 控 制 ， 同时接收 Ｃ Ｃ Ｄ输出的图像信号 ， 将其进行Ａ Ｄ 量化 、 采集 、 整合后 ， 以并行１ ６ 位 数据 的形式输 出给高速 串化器Ｔ Ｌ Ｋ２ ７ ｌ １ ， 同时提供 的信 号还包括
图 像 采 — 受匝
Ｉ ＝ ＝ 盟 Ｉ
收 单 元
— — — ］ ／ 储 与 图
像显示 ）
１ ６ 位并行数据 ＞
ｌ ６ 位并行数据 ＞
图 １系统 组的 功 能 组 成 框 图
２ ０ １ ４ ￣１ ２ Ｐ ｊ 下第２ ４ 期总第２ Ｄ ４ 期 １ １
一种多通道CCD图像数据传输系统的设计
Ｄｅ ｓ ｉ ｇｎ ｏｆ Ｍｕ ｌ ｔ ｉ — — ｃ ｈ ａ ｎ ｎ ｅｌ ＣＣＤ Ｉ ｍａ ｇｅ Ｄａ ｔ ａ Ｔｒ ａ ｎ ｓ ｍｉ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ Ｓｙｓ ｔ ｅ ｍ
Ｌｉ Ｈ ｏｎ ｇ ｆ ａ
（ Ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｃ ｈ ｕ ｎ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ ｏ ｐ ｔ ｉ ｃ ｓ ，ｆ ｉ ｎ ｅ ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ｓ ａ ｎ ｄ ｐ ｈ ｙ ｓ ｉ ｃ ｓ ， Ｃ Ａ Ｓ． Ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｃ ｈ ｕ ｎ川 ＿ ｎ Ｉ １ ３ ０ ０ ３ ３ 。 Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ａｉ ｍｉ ｎ ｇ ａ ｔ ｍｕｌ ｔ ｉ ｃ ｈ ａ ｎ ｎ ｅ ｌ ａ ｎ ｄ ｈ ｉ ｇ ｈ ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ ｉ ｍａ ｇ ｉ ｎ ｇ ｄ ａ ｔ ａ ｏ ｆ ＣＣ Ｄ， ａ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｏ ｆ ｈ ｉ ｇ ｈ ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ ｈ ａ ｓ ｂ ｅ ｅ ｎ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｅ ｄ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ＸＣ２ Ｖ３ Ｏ ００
ｍａ ｘ ｄ ａ ｔ ａ ｒ ａ ｔ ｅ ｉ ｓ １． ７ ８ ５ Ｇｂ ｐ ｓ ．Ｓ ｏ ｍｅ ｅ ｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ｈ ａ ｖ ｅ ｂ ｅ ｅ ｎ ｓ ｕ ｍｍ ａ ｒ ｉ ｚ ｅ ｄ ｄｕ ｒ ｉ ｎ ｇ ｐ ｒ ｉ ｎ ｔ ｅ ｄ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ ｂ ｏ ａ ｒ ｄ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ． Ａｆ ｔ ｅ ｒ ｄ ｅ ｂ ｕ ｇ ｇ ｅ ｄ． ｔ ｈ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ｈ ａ ｓ ｂ ｅ ｅ ｎ ａ ｐ ｐ ｌ ｔ ｅ ｄ ｉ ｎ ａ ｌ ｉ ｎｅ ａ ｒ Ｃ ＣＤ ｉ ｍａ ｇ ｅ ｄ ａ ｔ ａ ｔ ｒ ａ ｎｓ ｍｉ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ， ａ ｎ ｄ ｒ ｕｎ ｓ ｗｅ ｌ １ ．
CCD相机的控制与高速图像数据传输技术
分类号 UDC密级编号8Q!§!逝SQ3§中国科学院研究生院硕士学位论文￡￡旦担扭睦控剑墨直运国堡数握佳箍挂苤垒蝗指导教师丞扈煎硒冠员圭国型堂院堂鱼撞盔婴宜压申请学位级别亟±堂焦学科专业名称信呈复信息处堡论文提交日期 2006.5论文答辩日期 2006.6培养单位主冒型堂堕趟电撞丕盟窒所学位授予单位 :空圄型堂瞳班究生瞳——答辩委员会主席摘篓随着科举技术的发鼹,CCD数字耀鞔被广泛圭也斑用在备静镁域,发挥蕙熏要静终鲻,圆必秘究CCD姻钒的控制翘数撮铸输具窍重要的意义。
论文根据安辩匿像处理系统的要求,霹基子FPGA敬Camera Link懿器撩数攒搂较‘裁莲行了设计与实现。
论文深入地分析了几种常用的相机数据传输方式,在此基础上税锻Camera Link 接口鬻瀛高、数搽传输率毫、稿飘控锅簿摹筹特点,磺秘罗以CameraLink 按霜协议为基础的CCD数字裙祝图像数据接收卡。
设计采用了FPGA技术,结合算步窜≤亍遴焙协议(UART、LVDS(Low Voltage Differential Signaling等技术, 实现了对CCD 秘辊鹣耱繇葙实隧蘸像数据接收。
犊收卡麓最大传输速率霹这 1.848GB/s,实际最高接收速率为960MB/s,具有数据传输率大、稳定性好、搽律方便等优点。
论文豹掰究工律为后续豹图像处理握供了有力豹支持,在高速实时图像处建黻及萁弛领域中有着广泛酶应用薷豢。
关键谣:Camera Linkl LVDS;FPGAI CCD攘爨;串墨逶绩本文作者煞名:Technologies of CCD Camera Control and High—speed Image Data Transmission Jin ZhengDirected by:Prof.Zhang QihengABSTRACT戮瞧the development of technologies,CCD Camera is widely applied in practice applications.It is important to study the CCD digital camera’S control and data transmission.For the requests of real time image processing system,we design and implement the image data capture board based Oil Camera Link interface and FpGA structure.In this paper,we study several general camera data transmission patterns and camera control modes.On the basis of the study,we choose Camera Link interface because of its high data transmission and easily implement and huge throughput.The design of a real-time image capturing and camera control board based on CameraLink is presented,The Camera Link interface奄r digital camera and framegrabber is adopted for the board.In combination with FPGA,LVDS(Low Voltage Differential Signalingand UART(Universal Asynchronous Receiver Transmittertechnologies, the board can implement real*time image data acquisition and control of CCD digital camera in real-time image processing system.It strongly supports the image processing.The high—speed digital camera's control and data transmission will be widely applied in more image processing and other fields.Key words:CameraLink;LVDS;FPGA;CCD digital camera;UART Il本入审明本人郑重肆}暖:所呈交特学位论文,是本人在导师娓指导下,独立避行研究所取得的成果。
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技术创新《微计算机信息》2012年第28卷第10期120元/年邮局订阅号：82-946《现场总线技术应用200例》嵌入式与SOCCCD 高速数字图像多路光纤传输系统研究Research on CCD multi-channel high-speed digital fiber optic image transmission system(1.西昌卫星发射中心;2.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)李强1李一芒2LI Qiang LI Yi-mang摘要:本文主要介绍了一种高速数字图像光纤传输系统的设计,该系统主要用于多路高速CCD 或CMOS 相机产生的数字图像的远程传输。
文中详细介绍了设计方案及实验结果,并且重点阐述了8B/10B 编码、波分复用以及高频PCB 仿真及布线等设计中的主要技术问题。
该设计具有高速、高稳定性、抗干扰等优点,具有广泛的实用价值。
关键词:多路光纤传输系统;高速图像传输;CCD 图像传输中图分类号:TN79文献标识码:AAbstract:This paper introduces a high -speed digital image design of optical fiber transmission system.The system is mainly used for remote transmission of multi-channel digital images produced by high-speed CCD or CMOS camera.The paper details the design and experimental results,and focuses on the 8B/10B coding,wavelength division multiplexing and high -frequency simulation and PCB design layout,etc.It has a wide range of practical value with high speed,high stability and anti-jamming.Key words:multiple optical fiber transmission system;high-speed image transmission;CCD image transmission文章编号:1008-0570(2012)10-0162-03引言随着光电技术的发展,以CCD 或CMOS 等图像传感器为核心的高速相机越来越广泛的应用于科学研究和工业生产领域。
在实际应用中,高速相机拍摄的数字图像需要传输到图像处理计算机或显示终端,高速数字图像信号的数据量很大,像素时钟一般在40MHz 以上,每个像素一般在12位以上,这就对传输系统的设计提出了较高要求。
在短距离的图像数据传输应用中,目前通常采用专用电缆直接传送相机输出的LVDS 信号;而在远距离传输应用中,传统的电缆传输易使系统笨重且受传输距离的限制,采用光纤传输系统传送高速数字图像信号具有结构简单、高速、高稳定性、抗干扰等优点,是一种较先进的设计方案。
本文介绍的光纤传输系统主要用于传输CCD 或CMOS 相机产生的高速Camera Link 数字图像信号,并且实现在远距离上由一根光纤传输多路图像信号,基于波分复用技术的多路光线传输技术很好的满足了目前靶场测试中多台高速相机同时工作并向显示终端传输图像的要求。
单路串行传输速率达到1.2Gbit/s 。
经过简单芯片升级,单路串行传输速率可达1.6Gbit/s 至2Gbit/s,相比基于千兆网技术的图像传输有更快的传输速率。
1系统设计方案系统框图如图1所示。
图中包括发射和接受两个部分,以传输两路图像信号为例。
高速相机拍摄的图像数据经Camera Link 接口输出(称下行),接口转换后通过FIFO 进行时钟匹配,然后通过8b/10b 编码进入光纤通道,两路图像分别使用不同波长的光发射模块转换成光信号(每路光纤传输16位数字信号),然后经波分复用调制器把两路不同波长的光信号调制成一路,通过光纤传输至接收端。
在接收端光信号经波分复用解调、光电转换、8b/10b 解码、Camera Link 接口转换送入图像采集系统。
各部分通过FPGA 内部的控制器进行控制,FIFO 也集成于FPGA 内部。
另外,一些型号的高速相机需要特定控制指令,可以通过一路上行的光纤传输,图中省略了这路上行光纤。
图1系统框图系统单路图像数据的传输速率受8b/10b 编解码芯片性能、PCB 高速信号完整性和光发射接收/模块最高速率的限制;系统最多传输路数则受波分复用器的限制,一般单纤至少可传输8路图像数据。
系统发送端控制器工作过程如图2所示:上电后初始化通信编码器,开始发送同步码,如果失败则持续发送直至同步成功,同步成功后,发送端将开始发送数据。
在这一过程中,如果某个状态下断电,那么将回到初始状态。
设计中,加入挂起状态,当光纤链路中断且发送端仍然处于供电状态的时候,将进入挂起状态。
等待链路的恢复,恢复后,将回到发送同步码的状态,对是否恢复的检验将使用光模块提供的丢包检测信号。
图2发送端控制器状态机图李强:学生162--邮局订阅号：82-946120元/年技术创新嵌入式与SOC《PLC 技术应用200例》您的论文得到两院院士关注接收端控制器工作过程与发送端类似:在上电后初始化通信解码器,开始接收同步码,如果失败则持续接收直至同步成功,同步成功后,接收端将开始接收数据。
在这一过程中,如果某个状态下断电,那么将回到初始状态。
当光纤链路中断且接收端仍然处于供电状态的时候,将进入挂起状态,等待链路的恢复,恢复后,将回到接收同步码的状态。
2Camera Link 信号与时钟匹配目前大部分CCD 或CMOS 高速数字相机通过Camera Link 接口输出图像数据。
该标准是基于LVDS 技术的一种接口标准,这种标准特别适用于高速相机的数据传输。
Camera Link 接口标准包含一对接收器和驱动器。
驱动器最多接收28位单端数据信号和一路时钟信号。
这29路信号以7:1的比例串行发送,使用5路LVDS 通道传输4组LVDS 数据流和一组LVDS 时钟信号,因此采用该标准完成28位数据的同步传输只需要5对LVDS 线即可。
Camera Link 接口有标准的接收和驱动芯片,该类芯片可以完成图像数据、行、场、时钟信号与LVDS 信号之间的转换。
本设计使用DS90CR288和DS90CR287芯片。
由于相机输出的像素时钟可能有多种,而设计中采用固定本地时钟作为光纤通信同步时钟,受TLK1501的限制,本系统的光纤通信同步时钟最高可为60MHz,如果采用TLK2501则可以达到更高的速度,这样的速度比大部分相机的像素时钟快。
为了适应多种低于光纤同步时钟(固定本地时钟)的像素时钟的图像传输需要,系统使用FIFO 缓存进行时钟匹配,经过这样的设计可以使系统的通用性大大增强。
使用FIFO(先进先出存储器)是数据时钟域转换的最常用方法。
其原理是数据从一个时钟域按顺序写入FIFO,同时按顺序在另一个时钟域上读出。
本系统中这两个时钟域分别是CCD 相机像素时钟域和光纤通信同步时钟域。
至少选取一行的数据量作为FIFO 容量,在光纤通信同步时钟域通过计数器进行图像的重构,重新生成行、场信号。
时钟匹配设计的关键是时序规划,应计算两个时钟域之间的时间差以设计合理的行场消隐期,避免FIFO 溢出。
FIFO 可以用FPGA 构建,以简化系统结构。
图3系统时钟匹配示意图设计构建1024×16位的FIFO 缓存一行数据和同步信号,rdreq 、wrreq 分别是读写使能信号,rdempty 和wrfull 为空、满信号,控制器控制在FIFO 不空的时读出数据,从而控制一帧图像的写入和读出、重构。
图3详细说明了这一过程。
38b/10b 编码与TLK15013.18b/10b 编码在光纤通信应用中,并行数据一般被编码成串行同步数据流,从而实现高速传输目的。
目前,8b/10b 编码是一种常用的高速串行编码方法。
该方法由IBM 公司开发,形式上把8位数据字节转换成串行10位码。
实质上,8b/10b 编码主要解决了以下几个通信方面问题:(1)通过使数据流中的连续“1”或连续“0”不超过5个,8b/10b 编码保证了信号转换密度,这样可以降低接收端时钟漂移或同步丢失发生的概率;(2)8b/10b 编码可以平衡位流中“0”和“1”的数量,实现直流平衡,有利于高速差分传输,在链路超时时不致发生DC 失调;(3)采用冗余方式,8位数据加入特殊字符按特定规则编码成10位数据,解码时根据规则可监测误码;(4)规定了一些特殊字符作为帧同步或控制字。
3.2TLK1501应用系统选用串并转换芯片TLK1501实现8b/10b 编解码功能。
TLK1501是一款主要用于光纤通信的8b/10b 编解码双向收发器。
可并行传输16位数据,串行差分传输速率可达600Mb/s 至1.5Gb/s 。
本系统每路图像数据的发送和接收各使用一片TLK1501,工作于单向模式。
TLK1501是本系统设计的重点,对TLK1501的控制由FP －GA 内部构建的控制器进行。
根据实验情况,本文主要讨论该芯片应用中遇到的数据上电同步和链路恢复问题。
上电同步是指无论系统接收方还是发送方先上电,系统均应建立有效数据链路。
信号TX_EN 是上电同步的关键,该信号为低时TLK1501发送同步码。
实验中发现对于双向工作模式时可正常同步,但当TLK1501单向工作时如果接收端后上电则无法正常通信,这是由于接收端上电时,发送端的同步码已经发出,在这种情况下接收端没有收到同步码,所以系统无法建立数据链路。
可采用的解决方法是利用上行光纤链路中的某一位构建双向链路,用FP －GA 检测该路信号的同步状态,当其为同步状态时,FPGA 强制发送端的TLK1501再发一次同步码(TX_EN 再置低),从而完成同步。
数据链路恢复能力是指导致系统数据传输终止的错误解决后,系统自动恢复数据链路的能力。
TLK1501具有信号丢失检测电路,一旦接收端检测到串行差分信号的幅度过低,则会使能接收端的RX_ER 信号为高电平对于来自光纤传输链路的错误的恢复主要靠TLK1501的信号丢失检测电路进行。
另外由于其发送其发送接收端分别具有两个8/10位编码解码器,可以将16位并行数据转换成20位的数据进行传输。
单从八位数据来看,原来的256(28)种数转换成512种码(每种数对应两种码),而10bit 数据总共可组成1024(210)种串行数据帧中。