以太网的远程视频数据传输系统硬件设计
办公区高清视频监控设计方案
办公区高清视频监控设计方案清晨的阳光透过窗帘，洒在键盘上，我的指尖在键盘上跳跃，那些关于高清视频监控设计的思路如同潮水般涌来，我试着用最自然的方式，将这些想法串联起来。
一、项目背景我们要明确项目的背景。
随着科技的发展，高清视频监控系统已经成为办公区安全防范的重要手段。
它不仅能够提高安全性，还能为管理提供数据支持。
我们的任务，就是在这样的背景下，为某个办公区设计一套高清视频监控方案。
二、需求分析1.监控范围：整个办公区，包括办公大楼、停车场、楼梯间、电梯间等。
2.监控重点：办公区出入口、楼梯口、电梯口、停车场等重要部位。
3.监控要求：图像清晰，实时传输，无延迟。
4.存储要求：至少保存30天内的监控数据。
5.系统稳定性：确保监控系统24小时不间断运行。
三、设计方案1.监控设备选型（1）高清摄像头：采用1080P高清摄像头，具备夜视功能，适应各种光线环境。
（2）硬盘录像机：采用4K硬盘录像机，支持多路视频输入，满足监控需求。
（3）存储设备：选用高性能硬盘，确保数据存储安全。
2.网络架构（1）有线网络：采用千兆以太网，保证监控数据的实时传输。
（2）无线网络：在部分无法布线的区域，采用无线传输技术，确保监控无死角。
3.监控中心（1）监控室：设立专门的监控室，配置高性能电脑和显示器，实现监控画面的实时显示。
（2）监控软件：选用功能强大的监控软件，实现视频浏览、回放、等功能。
4.存储方案（1）本地存储：在监控室内设置存储设备，存储近期监控数据。
（2）远程存储：通过互联网将监控数据传输至远程服务器，实现数据的长期保存。
四、施工方案1.布线：根据监控设备的布局，合理规划布线路径，尽量减少对办公区的影响。
2.设备安装：在预定位置安装摄像头、硬盘录像机等设备，确保设备运行稳定。
3.网络调试：对有线网络和无线网络进行调试，确保网络畅通。
4.监控中心搭建：完成监控室内的设备安装和软件部署，确保监控系统的正常运行。
五、后期维护1.定期检查：定期检查监控设备，确保设备运行正常。
基于ARM的嵌入式多路远程视频监控系统的设计
Байду номын сангаас监控计算机 监控计算机
集线器
摄像头云台
视频服务器 摄像头云台
视频服务器
摄像头云台
视频服务器
摄像头
图 1 视频监控系统结构图
3 系统硬件设计
监控系统不仅要实现视频图像的采集和压缩， 同时还需要实现这些数据的网络传输，系统以 ARM
第 36 卷第 5 期
赵书朵等：基于 ARM 的嵌入式多路远程视频监控系统的设计
作为软件开发平台，以 Intel 公司生产的 ARM 芯片 PXA270 为硬件核心，采用罗技摄像头进行实时图像采集，经
JPEG 压缩算法进行编码压缩后，通过以太网发送到远程 PC 监控端，在 PC 监控端通过监控端软件可以实时观看远
程服务器的视频图像，并实现了对摄像头云台的远程控制。
关键词：视频监控；ARM 芯片；Windows CE 5.0 系统；JPEG 算法；云台控制
系统的摄像头云台由两个舵机组成，由飞思卡 尔单片机进行控制，单片机系统要实现对舵机输出 转角的控制，需完成两个任务：（1）产生基本的 PWM 周期信号，即周期为 20 ms 的脉冲信号；（2）脉宽的 调整，即单片机模拟 PWM 信号的输出，并且调整占 空比，控制舵机的转动。
系统中网络传输部分的软件实现运用了 BSD Socket 编程技术，采用的是基于 TCP 协议的流式套 接字[8]。
JPEG 压缩编码
应用层
图像保存显示
嵌
入
本地云台控制
式
系
网络传输
统
软
嵌入式 WINCE 操作系统
件 嵌入式操作系统
体 Windows CE 5.0 系
设备驱动程序
云台控制的核心模块，此款单片机片内资源及 I/O接口
远程监控系统设计方案
远程监控系统设计方案远程监控系统是一种能够实时远程监控目标的系统，通过使用技术手段实现对目标的远程观察、数据采集、图像传输、存储等功能。
远程监控系统广泛应用于视频监控、环境监测、设备远程管理等领域。
本文将介绍一个远程监控系统的设计方案。
1.系统需求分析在设计远程监控系统之前，首先要进行系统需求分析。
这包括确定目标的监控范围、监控要求，以及用户对系统的需求等。
例如，如果是用于视频监控，需要确定监控的对象、监控区域等。
在此基础上，确定系统对图像分辨率、帧率、传输方式、存储容量等的需求。
2.系统架构设计系统架构是指系统的组成部分及其之间的关系和交互方式。
远程监控系统的架构通常包括监控端和监控中心两个主要组成部分。
（1）监控端：负责采集目标的信息（如图像、温度、湿度等）并将其传输给监控中心。
监控端通常由传感器、摄像机、控制器等组成。
（2）监控中心：负责接收监控端传输的信息，并进行处理、分析、显示和存储等操作。
监控中心通常包括服务器、硬盘阵列、显示器、与监控终端的通信接口等。
3.数据采集和传输设计数据采集是远程监控系统的重要环节，它决定了系统对目标信息的获取质量和效率。
数据采集通常包括图像、声音、温度湿度等多种类型的数据。
（1）图像采集：图像采集是远程监控系统的核心功能之一、通常使用摄像机采集目标的图像，并通过压缩编码技术将其转换为数字化的数据。
（2）数据传输：数据传输是将采集到的数据传输给监控中心的过程。
可以使用有线或无线方式进行数据传输。
有线传输方式可以使用以太网、电力线、光纤等，无线传输方式可以使用Wi-Fi、蓝牙、LTE等。
4.数据处理与存储设计在监控中心接收到数据后，需要进行处理、分析、显示和存储等操作。
（1）数据处理和分析：对于图像数据，可以进行图像解压缩、图像增强、目标检测和跟踪等处理和分析操作。
可以使用图像处理算法和机器学习算法实现。
（2）数据显示：将处理和分析后的数据以图像、视频、曲线等形式显示给用户。
智能化多媒体会议系统设计方案
智能化多媒体会议系统设计方案随着信息技术的飞速发展，智能化多媒体会议系统已逐渐成为各行各业必不可少的工具之一。
智能化的多媒体会议系统能够将会议数据进行统一管理和处理，从而实现多媒体会议间数据交互和信息共享，提高会议效率和时效性。
智能化多媒体会议系统设计方案包含以下三方面内容：一、硬件设计智能化多媒体会议系统的硬件设计包括会议终端、视频监控系统、语音设备以及容错备份设备等。
会议终端是多媒体会议系统的核心部分。
会议终端应包括高清晰度的摄像头、扬声器、麦克风、显示器、网络模块和数据存储设备。
摄像头要具有较高的分辨率和自适应的焦距，能够捕捉到会议中的人员和物品。
扬声器和麦克风要具有优秀的音质和声音接收能力，能够清晰地传输语音信息。
显示器要具有高灵敏度和高分辨率，能够显示清晰的图像和文字。
网络模块是会议终端实现数据交互的基础，应具有高速和稳定的数据传输能力。
数据存储设备是会议终端录制会议内容和保存数据的重要设备。
会议终端还应配备容错备份设备，保证会议数据的安全性。
视频监控系统是智能化多媒体会议系统的重要组成部分。
视频监控系统应包括摄像头、图像处理器、雷达探测器等设备。
摄像头要覆盖会议室内的所有区域，保证实时监控。
图像处理器能够进行实时图像处理和识别。
雷达探测器能够精准地探测会议室内物品的移动情况。
语音设备是智能化多媒体会议系统实现高清晰度语音交流的重要设备。
语音设备包括麦克风、扬声器和语音识别器。
麦克风要保证高音质和高接收能力，扬声器要保证清晰地播放语音信息，语音识别器能够对语音进行实时识别和转换成文字信息。
二、软件设计智能化多媒体会议系统的软件设计包括会议控制软件、会议数据管理软件、会议内容共享软件和语音识别软件等。
会议控制软件是智能化多媒体会议系统实现会议控制和监控的核心软件。
该软件应能够对会议终端进行远程控制、录制会议内容、实现视频画面切换等功能。
会议数据管理软件是智能化多媒体会议系统实现数据统一管理和处理的软件。
基于以太网传输的远程抄表系统的研究
２ 系统概述
该远程抄表系统的整体结构如图 １ 所示。
系统分为如下 ３ ： 层 ４表数据采集层 ， 小区局
线；
（ ） Ｎ ２０ ２ 与 Ｅ ｏ。兼容 ， 支持 ８ 、６ 位 。 位数据总
（） ３ 全双工 ， 收发可 同时达 到 １ ｂｓ的速 ０Ｍ ／ 率， 具有睡眠模式 ， 以降低功耗 ；
Ｒ Ｌ０９ Ｓ实现 以太 网通信 的方法。由于将 应用 十分广泛 的以太 网作 为传输媒 介 ， Ｔ Ｓ １Ａ 故系统 具有 良好 的经济
性和可扩展性。
关键词 ： 远程抄表系统 ； 以太网 ；Ｃ ／Ｐ协议 Ｔ ＰＩ
中图法分类号 ：Ｐ １ Ｔ２６ 文献标 识码 ： Ａ
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
ｌ 引 言
自动抄表是指应用 通信和计 算机 网络 等技
（ ）０ ６ １０脚的 Ｔ Ｆ 封装 ， ＱＰ 缩小 Ｐ Ｂ尺寸。 Ｃ 系统的主要硬件部分为 ， 电表 （ Ｂ 、 Ｄ ） 热水表 （ Ｓ ） 冷水表（ Ｓ ） ＲＢ 、 Ｌ Ｂ 和煤气表（ Ｑ ） Ｍ Ｂ ４路信号 ， 通过施密特触发器整形反 向后接 ８ Ｃ ２的 Ｐ ． ９５ １０
～
术， 通过专用设备对表计数据 自动读取和处理的 过程。在 自动抄表系统 中， 读表和数据传输是关
键的 ２个部分 ， 尤其是数据传输部分 ， 直接关 系到 整个系统的性能与成本 。目前在 自动抄表系统 中
常用的通信方法有如下 ２种： （） １ 电力载波通信。通过现有的电力线传输 数据 ， 由于电力线分布范围最广 ， 所以不需要重新
近年来 。 由于互联 网技术的发展 ， 宽带网络迅 速发展 ， 以太网已成为许多住宅小 区的基础设施 ，
块直接读取数据
３ 系统硬件 的实现
基于IME6400的远程视频监控系统的设计
视频 监控 系统是 安全 防范 系统的 组成部 Ｓ Ｃ４ Ｂ０ ３ ４ Ｘ ３： ｌ Ｖ Ｉ Ｅ ０ Ｍ ６４ ０ 表 ＩＩ ６ ０ ． ＭＥ ４ ０与 Ｂ ２ Ａ的连接 Ｔ８ ９ 分， 它是一种 防范能力较强 的综 合系统 。现 今 Ｉ ６ ０ ｉ ＭＥ ４ ０ｐ ｎ Ｂ８ ９ Ｔ ２ 监 控系统 已经步 入了数字化 、网络化时代 ， 即 ＭｏＤＥ Ｏ ｐｌ ｃｋ ＣＬ ｘ Ｋｌ Ｍ０ＤＥｌ 视频从 前端 图像采集 设备输 出时 即为数 字信 Ｉ ｌ ＣＳ Ｎ Ｓ Ｃ 号， 并以网络为传输媒介 ， 基于 ＴＣ ／ Ｐ协议 ， Ｐ Ｉ ｖｙ ｃ ｓｎ ＶＲ Ｓ Ｔ Ｅ Ｅ ８ ｓ ｄ 采 用流 媒体技 术实现 视频在 网上 的多路 复用 ｈｙ ｃ ｓ ｎ Ａ ＴＶＥ ＣＩ ｎ ０Ｅ ＩＲＤ ｌ 传输 。使 用嵌 入式 系统实现 远程视 频监控 技 Ｉ Ｅ ｌ Ｗ ｎＷ Ｒ ｆ ｌ ｉｄ ｅ ＦＥ Ｄ ＩＬ 术， 符合网络 化数字化 的特 点 ， 对公安 、安防 ●— —÷ ｉ ａ ＇ ￣ ｄｖ ｅ ｃ ａｉ ｌ ｌｌ ｖ ｃ Ｄ ＬＤ ＶＡ Ｉ 等 行业 有 着重 要的 现 实意 义。 Ａ ｄ ０ ｄｒ 】 ｈ ＇４ Ｊ ｍ ［： ｄ ０ 视频监 控系统一般采用基于 Ｐ Ｃ机平台 ＋ ＤＡ Ａ［５０ Ｔ １： Ｊ ｌ ａ 【５０ ￣ ｔ １： ｄａ Ｊ ｖ ［ ： ｄ１ ０ ５ 】 Ｖ ［５ 】 Ｄ１ ： ０ ｌｄ ｝ 视频采集 卡的形式 ， 该方案系统体积大 、成本 ＧＮＤ ＢＷ 高， 功耗 大 ， 在远 距离、多点 系统 中实现困难。 主机 接 １支持 同步 和异步连接 ， １ 据宽度 ７ １ 接７ １ 数 Ｉ ＮＴ ｇｌ ｐ ｏＯ 本设计采 用三星公司的 Ｓ Ｃ ４ Ｏ ３ ４ Ｂ Ｘ硬件平台 ， 可 以 ８ ｌ位选择 ，管脚 Ｂ 选择数 据宽度 ， 位 ６ Ｗ 使用 ＭＰ Ｇ 压缩芯片 Ｉ ６ ０ ， Ｅ ４ ＭＥ ４ ０ 软件平台是 图２Ｉ ６０ ＭＥ ４ ０与 Ｓ３ ４ Ｘ连接 图 Ｃ４ ＢＯ 管脚 ＭＯ Ｅ ０ ｌ Ｄ ［ ：】 接 １模式 。Ｉ ６ ０ 与 选择 ７ １ ＭＥ ４ ０ ｕ ＯＳＩ Ｃ Ｉ操作 系统 内核 ， 协议栈采用 Ｌ ｐ ．＿ ｗｉ １ ２ｌ ～ ＳＣ ４ Ｏ ３ ４ Ｂ Ｘ通过 ｌ 位 异步接 １互联 ， 接如图 ６ ７ １ 连 ２ ＭＥ ４ ０ 。 ６ ０ 的输 出数据超过 Ｎ Ｉ Ｏ Ｉ Ｅ 根 【 ：】 ＦＦ ＳＺ （ ８ ９接高 ， 其余连 到地。１ 式存取 Ｃ ８ ０ ０模 Ｓ ９０ ＡＥ 因此 ＡＥＮ与 ｎＣＨＩ Ｓ Ｌ ＰＥ 据 固件的版本可能不 同 ， 一般为 ｌ ） ， ＰＯ 时 ， Ｎ 必须为低 ， Ｋ时 Ｇ Ｉ０ １系统硬件设计 置低 ， 中断任 务完成后 Ｉ ６ ０ 将 Ｇ Ｉ ０ ＭＥ ４ ０ Ｐ Ｏ 置 联在 一起 与 Ｃ Ｕ 的片选连接 。 由于 Ｉ Ａ 总 Ｐ Ｓ 系统 主要 由视 频 采集 和 传输 部 分组 成 。 因此有必要连 接 Ｃ ８ ０ 的 Ｓ ９０ 高 。 ＣＰＵ 以 Ｇ ＰＩ Ｏ ０作 为 输 入 中断 源 。 线速度相 对较低 ， 视频采集部 分主要由摄像头 、视频编码芯 片、 ＯＣＨＲＤＹ到 ＣＰＵ 的 ｎ ＡＩ Ｗ Ｔ脚。 Ｉ ６ ０ 支持 Ｃ Ｉ ６ １６ ＭＥ ４ ０ Ｃ Ｒ－ ０ 位视频接 口， １ 最大 Ｉ 视频压缩 芯片组成 ； 传输部分 由嵌入式处理器、 支持 ２４Ｘ ０ ８ ０８ ２４ 像素 的视频输 入 ， 入视频垂 输 存储器 、 以太网控制器组成 。 嵌入式处理 器是 直和 水平方 向像素 数必须为 １ 的整数倍 。本 ２系统的软件 设计 ６ 韩 国三星 公司的基于 ＡＲＭ７内核的 １／３ ６ ２位 设计 中选用 Ｃ ｎｅ ｔ 的 Ｂ ８ ９ ｏｔ ｘ Ｔ ２ Ａ作为 视频编 软件平 台 由两部分组成 ： 系统 引导加载程 ＲＩＣ嵌 入式 微处理器（ Ｓ 型号 ： ３ ４ ０ 主要 Ｓ Ｃ４ Ｂ Ｘ， 码芯片 ， ６ ０ 与 Ｂ ２ Ａ 的连接如表 １ Ｉ ＭＥ ４ ０ Ｔ８ ９ ， 序 、 用程序。本 设计中通过向 Ａ Ｍ 平台移 应 Ｒ 面向高性价 比的工业应 用） 。视 频压缩芯片采 ＣＰＵ 通过 Ｉ Ｉ Ｃ接 口对 Ｂ ２ Ａ 初始化 。 Ｔ８ ９ 植 ｕ ｂＯ ｔ ． ． — ｏ 一１ １ ４实 现系 统的 引导加载 ， 用韩国 Ｉ ＭＥ公司的 Ｉ ６ ０ ， ＮＴＩ ＭＥ ４ ０ 该芯 片支持 １ 网络接 口的设计 ２ ｕ ｏ ｔ 了正常 的引导嵌入式 应用程序外 ， ｂｏ 除 还 ７ ０ ７ ＠２ ｆ ｓＰ ） ２ Ｘ ８ ＠３ ｆ ｓ ２ ｘ５ ６ ５ｐ （ ＡＬ 、７ ０ ４ ０ ０ｐ 利用 Ｔ Ｔ Ｆ Ｐ 在ＳＣ ４Ｏ ３ ４ Ｂ Ｘ芯片 上无网络接 １ ， 了实 可以方便 的切换到下载 更新模式 ， ７ 为 １ （Ｔ Ｃ ， Ｎ Ｓ ）支持 Ｃ ， Ｃ 模式压缩 ； ＦＱ Ｆ 码率控 制可 现视 频数 据的 网络传输 等功能 ， 所以在 系统中 功 能 应 用 程 序 实 时 更 新 。 开 发 环 境 采 用 选 Ｖ Ｒ／ Ｂ 支持 实时语音压缩 ； Ｂ Ｃ Ｒ； 帧率 可编 ．， 扩展 网络接 １模块 （ Ｓ ９ ０。该芯 片为 １Ｍ ＡＲＭ 公司的 ＡＤＳ１ ２ 嵌入式操 作系统采 用 ７ １ Ｃ ８０） ０ 程； 支持动 态侦测等 。在 处理器 的控 制下 ， 视 ＣＯＳ—Ｉ ， 议栈采用 Ｌ ｐ ０。相关 部分 Ｉ协 ｗｉ ２． 以 太 网接 １ 芯片 ， 有通 用 的 处理 器接 １ 。 ｕ ７ １ 具 ７ １ 频 编码芯 片 Ｂ ８ ９ 把模拟视 频编码成数 字 Ｔ ２Ａ 中断处理 ， 数据处理 ， 据传 数 Ｃ ８ ０ 提供一个 ８ １ＭＨ 的 ＩＡ总 线接 程序分为初始化 ， Ｓ９０ 到 １ ｚ Ｓ 信号 ， 由 Ｉ 再 ＭＥ６ ０ ４ ０压缩成 ＭＰＥ Ｇ４格式数 口， 可以 以 ｌ 位存储 器模式 、 ０模式 、从ＤＭＡ 输 部 分 。 ６ １ 据 ，Ｐ Ｃ Ｕ将压缩 的视频数据处理后 ， 由网 口发 模式联到 Ｉ Ａ总 线上 ， Ｓ １ ０模式 是 Ｃ ８ ０ 的默 Ｓ９０ 初始化部分 完成硬 件初始化 ， ６ ０ 固 Ｉ ＭＥ ４ ０ 送到 远端监 控中心显示 ， 系统框图如图 Ｉ 所示 。 认连接模式 ， 其默认 的 １ ０基址为 ０ ３ ０ 可配 件下载 ， ｘ０， 数据 初始化等功能 。一个重要数据结 置为任意可寻址 的空 间。Ｃ ８ ０ 有四个 中断 构如下 ： Ｓ９０ １ １ 视频采集压缩模块 ． Ｔｙ ｅ ｅ ｔｕ ｔ｛ ｕ ｓ ｎ ｄ ｉｔ ｕｈ； ｐｄ ｆＳｒ ｃ ｎ ｉ ｅ ｎ ａ ｔ ｇ 输 出管 脚 ， 有一 个是 有效的 ， 只 在初始 化 四选 Ｉ ６ ０ 提供一个主机接 口， ＭＥ ４ ０ 外部处理 器 ｉ ｅ ： ａ ｔ ａ ｓ ｒ 定其 中一个有效 。在此 Ｃ ８ ０ 与 Ｓ Ｃ ４ Ｏ ／／０： ｄｒｖ ｒ １ ｄｅ ｌ ２：ｒ ｎ ｐｏ ｔ Ｓ ９０ ３４ＢＸ 通 过主机 接 口可以访 问其 内部寄 存器 、 内部 Ｕｎｓｇｎｅ ｉ ｖａｉ Ｌｅ ｉ ｄ ｎｔ ｌｄ ｎＩ 以１ ０模式连接 ， Ｕ通 过 ８个 ｌ ＣＰ ６位端 口访 问 存 储器 、数据 流 ＦＩ ＦＯ 、下载 固件等 功能 。 Ｕｎ ｉｎ ｄ ｃ ａ ｕ ｆ Ｉ ０Ｓ Ｚ 】 ｓｇ ｅ ｈ ｒ ｂ ｆ【 Ｆ Ｉ Ｅ ； ＮＦ Ｃ ８０ ， Ｓ ９ ０ 只需连接 低四位地址线（ Ａ ０ ３ ，Ａ Ｓ ［：】 Ｓ ） ｝ＭＰ Ｂ ； ４ ＵＦ －
基于ECP3的视频采集系统硬件设计
基于ECP3的视频采集系统硬件设计摘要:本文介绍了基于FPGA芯片ECP3-70的视频采集系统硬件设计。
CMOS传感器MT9P031与FPGA芯片ECP3-70的BANK0连接,进行视频采集。
采集到的视频数据通过千兆以太网物理层芯片88E1118R上传至服务器。
关键词:ECP3-70 MT9P031 88E1118R目前视频采集系统种类非常多,各有各的用途[1]。
本文设计一种用较少芯片构成的、体积小型化,用于狭窄空间的高清视频采集传输系统。
1 系统构成基于ECP3-70的视频采集系统如图1所示。
系统采用LATTICE 公司的FPGA芯片ECP3-70作为主控芯片。
该芯片拥有67K LUTs,4320 Kbit系统存储器,4420 Kbit嵌入式存储器,145 Kbit分布式存储器,128个18×18乘法器,10个PLL,8个BANK、380个I/O。
同时LATTICE拥有丰富的IP资源[2]。
ECP3-70比较适合用在集成化要求高的场合。
视频采集系统的数据存储器采用2片EDE1116ACBG构成。
该芯片是DDR2存储芯片,空间大小8 M×16 bit,1.8 V支持电压,800 Mbps 吞吐率[3]。
FPGA配置FLASH采用W25Q64构成。
该芯片容量为64Mbit,SPI接口,2.7～3.6 V电源电压[4]。
关键数据保存的EEPROM采用AT93C65构成,容量为4 Kbit,三线串行接口,2M时钟速率,2.7～5.5 V电源电压[5]。
系统的工作过程如图1所示。
系统上电,ECP3-70从W25Q64中读取程序数据码流,启动自身按程序工作。
ECP3-70通过I2C接口配置CMOS传感器MT9P031,控制MT9P031获取视频数字信号。
采集到的视频数据通过ECP3-70的I/O口获取,按乒乓存储结构存放在EDE1116ACGB中。
ECP3-70从AT93C56中读取视频配置信息,配置从存储器中读出的原始视频数字信号。
基于FPGA的以太网高速数据传输系统的设计
基于FPGA的以太网高速数据传输系统的设计杨新华;王用玺;刘欣【摘要】针对传统数据采集传输系统普遍存在的传输速率低、硬件无法升级、实时性和通用性不足等问题,文中提出了一种基于FPGA的以太网高速数据传输方案.该方案采用集成在FPGA内部的Nios Ⅱ作为控制单元,通过移植操作系统和精简TCP/IP协议栈并编写上层应用程序,控制外部千兆以太网PHY芯片实现了数据的高速传输.通过在搭建的实验平台上进行多串口数据采集传输测试,验证了该系统运行稳定、传输速率高、误码率低,同时,该系统也具备了可编程、可裁剪和易扩展的优点.【期刊名称】《仪表技术与传感器》【年(卷),期】2013(000)012【总页数】4页(P80-83)【关键词】FPGA;Nios Ⅱ;TCP/IP协议栈;以太网PHY;高速数据传输【作者】杨新华;王用玺;刘欣【作者单位】兰州理工大学电气工程与信息工程学院,甘肃兰州730050;甘肃省工业过程先进控制重点实验室,甘肃兰州730050;兰州理工大学电气工程与信息工程学院,甘肃兰州730050;兰州理工大学电气工程与信息工程学院,甘肃兰州730050【正文语种】中文【中图分类】TP3930 引言随着Internet技术的快速发展，将现场设备和网络结合进行数据的采集和高速传输以实现远程实时监控，成为数据采集处理技术在工业、通信和医疗等方面应用的广泛诉求，与此同时，对组成数据传输通道网络的安全性、实时性和灵活性也提出了更高的要求。
目前，通信设备之间的数据高速传输常见的几种形式为USB总线［1］、现场总线和以太网。
其中，USB总线与现场总线都可以达到400 Mb/s以上的带宽，缺点是传输距离比较短。
而以太网端到端的传输距离可以达到100 m，并能够借助中继器或者路由器等设备实现更远的传输距离，还可充分利用现有网络布线资源。
集成在操作系统的TCP/IP协议栈日趋成熟［2］，用户只需借助简单的API(Application Programming Interface，应用程序编程接口)函数即可实现通信。
以太网数传系统在FPGA上的实现
以太网数传系统在FPGA上的实现贲广利;王永成;徐东东;郑佳宁;吴铮【摘要】In digital signal processing or control circuit based on FPGA, in order to export original sampling data or intermediate processing result data for analyzing and processing later, from the view of stabile transmission, easy realization and low cost, a 100 Mbps Embedded Ethernet data transmission system based on FPGA TSE IP core is designed. First, the paper introduces the hardware design thought in SOPC with the main processor NiosII CPU, mainly including the Ethernet MAC designing based on TSE IP core. Uninterrupted data transmission during all transmit time is guaranteed by Pingpang RAM mechanism and a method of controlling data start and stop transmitting is also designed. Then, using MicroC/OS-II real-time operating system of multi task mode, and based on Niche stack TCP/IP protocol, the software design of the system is realized. Also, the software program flow chart which details the software work flow of the system is given. Finally, by transferring designated data, a verification method of rate and stability during data transmission is provided. The test result shows that the system is stable and reliable in data transmission when the rate is up to 51 Mbps.%在含有FPGA的数字信号处理电路和控制电路中,为了实现将原始AD采样数据或中间处理结果数据的导出,供后续分析处理使用,从数据传输的稳定性、系统实现的简易性、价格低廉等角度出发,研究设计了基于FPGA TSE IP核的嵌入式百兆以太网数据传输系统.首先,详细分析了以NiosII CPU软核处理器为核心的以太网数传系统的SOPC各模块的硬件设计,主要包括以TES IP核为主的以太网MAC,采用乒乓缓存方式保证数据的连续不间断传输,以及通过接收客户端指令来控制数传的开始和暂停;然后,利用MicroC/OS-II嵌入式实时操作系统的多任务方式,基于Niche stack TCP/IP协议栈,完成了系统的软件设计,并给出了软件程序流程;最后,通过传输并接收特定的数据,验证了系统数据传输的速率和准确性.结果表明在传输速率达到51 Mbps时,系统稳定可靠.【期刊名称】《液晶与显示》【年(卷),期】2017(032)008【总页数】7页(P607-613)【关键词】嵌入式以太网;数据传输;FPGA【作者】贲广利;王永成;徐东东;郑佳宁;吴铮【作者单位】中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春 130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春 130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春 130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春 130033;电子科技大学通信与信息工程学院,四川成都 611731【正文语种】中文【中图分类】TN919FPGA以其使用方便灵活、开发周期短、具备并行处理能力等优点，已被广泛应用于各种数字信号处理和控制领域。
硬件原理图 设计
硬件原理图设计这是一份硬件原理图设计，我们将在下面进行详细描述。
1. 电源模块：在我们的原理图中，首先是电源模块。
该模块提供所需的电源供应，包括直流电和交流电。
我们使用一个交流电输入插口和一个直流电输入插口。
交流电输入插口连接到交流电源，经过整流和滤波电路后，转换为所需的直流电压。
直流电输入插口则直接连接到外部直流电源。
在原理图中，我们使用一个稳压电源模块来确保提供稳定的电压和电流。
2. 控制模块：紧接着是控制模块。
该模块包括微控制器和相关的电路元件。
微控制器是整个系统的核心，它接收外部输入信号并根据程序进行逻辑控制。
我们的原理图中还包括与微控制器连接的各种传感器和执行器。
传感器用于感知环境和检测外部输入信号，例如温度传感器、光敏传感器等。
执行器用于执行控制指令，例如马达、继电器等。
3. 接口模块：这个模块用于提供与外部设备的接口。
我们原理图中包括了串口接口和以太网接口。
串口接口可用于与计算机或其他外部设备进行数据通信。
以太网接口可以连接到局域网或互联网，实现远程数据传输。
另外，我们还添加了一些其他的接口模块，例如蓝牙模块和无线射频模块，以提供更多种类的连接方式。
4. 存储模块：在原理图中，我们还包括了存储模块。
该模块用于存储数据和程序。
我们使用了闪存芯片来存储程序代码和相关的数据。
此外，我们还用了一些EEPROM芯片来存储一些关键数据，例如用户配置信息和历史记录。
这只是我们原理图中的几个关键模块，整个硬件设计还包括其他许多部分，例如时钟模块、通信接口、传输线路等。
然而，由于本文要求没有标题相同的文字，因此无法在此提供详细说明。
希望以上简要的描述对您有所帮助。
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以太网的远程视频数据传输系统硬件设计千兆以太网概述2.1 千兆位以太网数据传输系统模型为了形成通用的数据通信系统统一规范，1977年国际标准化组织(ISO)开发了一个7层开放式系统互联(OSI)模型，它是所有局域网和城域网(LAN/MAN)标准的体系结构参考模型。
上面三层(应用层、表示层和会话层)与应用有关，而下面4层(传输层、网络层、链路层和物理层)则与网络控制和数据传输/接收有关。
物理层定义了数据传送与接收所需要的电与光信号、线路状态、时钟基准、数据编码和电路等，并向数据链路层设备提供标准接口。
数据链路层则提供寻址机构、数据帧的构建、数据差错检查、传送控制、向网络层提供标准的数据接口等功能。
数据链路层和物理层各自实现自己的功能，相互之间不关心对方如何操作。
图2-1 千兆以太网参考模型在如图2-1所示的千兆以太网参考模型中，将OSI模型中的数据链路层分解为两个IEEE802子层：逻辑链路控制(LLC)和介质访问控制(MAC)。
OSI 模型中的物理层被分解为4个子层和两个物理定义的接口。
调和子层(Reconciliation)和简化的千兆介质无关接口(RGMII)为所有类型介质所公用，剩下的3个子层(PHY层)和介质相关接口则与特定的链路介质和数据编码方法有关。
调和子层的功能是在MAC/PHY接口上将RGMII信号集映射为物理层信号(PLS)；RGMII定义为一个实际显现的接口，用于将MAC和调和子层连接到PHY层，它提供独立的8位发送和接收数据路径加上必要的控制和时钟信号以允许全双工操作。
两个附加的信号提供数据管理信息的传输和控制。
千兆位以太网的单工基带传输系统可以简单分为发送机、通信信道和接收机三部分。
发送机由编码器、多路复用器、调制器和脉冲成形滤波器组成，它完成为在模拟信道上可靠传输信号所需要的全部信号处理工作，并将信号发送到信道上。
2.2 千兆以太网标准千兆以太网标准有两个：IEEE802.3z和IEEE802.3ab。
IEEE标准化委员会1998年6月批准了IEEE802.3z千兆以太网标准，定义了在光纤和屏蔽双绞线（STP）上运行千兆以太网；后来又在1999年6月批准了IEEE802.3ab标准，定义了在5类非屏蔽双绞线（UTP）上运行千兆以太网。
1、802.3z协议：IEEE 802.3z千兆以太网标准于1998年六月获得批准，它为三种传输介质定义了三种收发器：1000BASE-LX用于安装单模光纤，1000BASE-SX用于安装多模光纤，1000BASE-CX用于平衡、屏蔽铜缆，它可以用于机房的互连。
1000BASE-LX的收发器也可以于多模光纤，其传送距离至少可达550米。
MAC层通过千兆介质无关接口(Gigabit Media Indepen Interface)发送或接收数据帧。
数据帧通过GMII接口后，进入物理码子层(physical CodingSublayer)进行8B/10B编码，每8比特的数据被编码为10为比特的码组。
编码的目的是使数据更适合在物理介质上传输，并且减低误码率。
经过编码的数据进入物理介质附加子层(Physical Medi-um Attachment Interface )，在这里将生成发送到线路上的信号，并接收线路上的信号。
最后的信号由物理介质相关子层(Physical Medium Dependent)通过线缆传送到接收方。
802.3 z工作组在协议制定的初期采用了IEEE802.3以太网规范和ANSIX3TII光纤通道(Fiber Channel)规范中成熟协议的组合。
光纤通道的PMO规范允许以全双工式传输1.062千兆波特的信令，而千兆以太网将这一速度提高到了1.25Gbps。
因为经过8B/10B编码的数据带有25%的冗余信息，802.3z的实际速率达到1000Mbps。
2、802.3ab协议：为了保护公司在以太网和快速以太网设施上的已有投资，提供一种简单而廉价的性能提升办法，同时又能继续使用大量现有的水平线缆，成立了802.3ab工作组以研究使用5类双绞线的千兆以太网。
IEEE标准化委员会在1999年六月批准了1000BASE-T标准。
为了在五类双绞线上达到1Gbps数据传送速率，1000BASE-T设计为在四对双绞线上同时传送数据，每对的传送速率为250Mbps(250Mbps×4=1Gbps)。
1000BASE-T采用与100BASE-TX相同的传送时钟频率(125MHZ)，但是利用了一种更强大的信号传输和编/解码方案，该方案可以在链路上比100BASE-TX多传送一倍的数据。
8比特的帧通过千兆介质无关接口(GMII)从MAC子层传送到物理编码子层(PCS)，1000BASE-T采用脉冲幅度调制5(PAM-5)对信号进行编码。
因为1000BASE-T在传输中使用了全部4对双绞线并工作在全双工模式下，所以信号是双向传输的。
在同一对双绞线上两个方向上信号同时进行传输，两个收发器对占据同一对双绞线。
在一对双绞线上传送双向数据是通过一种被称作“混合电路”的设备实现的，混合电路将本地发送的信号与本地接收的信号区分开来。
由于无法提供完美的混合磁场线路，无法完全隔离发送和接收电路，任何发送与接受线路都会对设备发生回波。
因此，为了达到符合要求的误比特率(BER)就必须抵消回波。
1000BASE-T回波抵消器利用了在电信领域中得到广泛应用而且获得了实践检验的技术。
此外,1000BASE-T串扰抵消器利用了数字信号处理(DSP)技术，这种技术已经在很多高级调制调解器和数字用户线(DSL)设备中采用。
2.3 千兆以太网传输线介绍目前，1000Base-T双绞线收发模块已被广泛应用在千兆以太网中，它能在现有5类双绞线中实现千兆位传输，将传统10/100M以太网连接平滑升级到千兆以太网，大大降低了以太网升级成本。
IEEE802.3协议族规范了4种媒质可以承载千兆以太网的传输，表2-1列出了信号在这4种媒质中的传输距离。
表2-1 千兆以太网不同传输媒质比较应用代码传输媒质传输距离（米）1000Base-SX 多膜光纤 2～5501000Base-LX 多膜光纤 2～550单膜光纤～100001000Base-CX 平衡、屏蔽铜缆～251000Base-T 非屏蔽第5类双绞线～1001000Base-T的承载媒质是5类双绞线。
5类双绞线由ANSI/EIA/TIA-568-A定义，是现在应用最广泛的以太网传输媒质。
在5类双绞线上传输千兆位的信号，设计者将面临巨大的挑战，这些挑战来自于线揽信号的衰减、回波及串扰。
衰减是由于线缆阻抗而引起的能量的减少，并随着频率的升高而增大。
回波是由于信号的双向传输而引起的，即发射信号和接收信号都在同一对线中进行。
串扰是指相邻线对间信号的相互干扰，分为近端串扰和远端串扰。
1000Base-T使用了5类双绞线中所有的4对线，并在每对线中实现信号的双向传输。
这样，每对线中的信号比特率降为1/4，即250Mbps，从而降低了线缆对信号的衰减。
1000Base-T使用5级PAM制编码方式，相对于二进制编码将信道利用率提高了1倍，这样每个线对的信号波特率下降为125Mb/s，再一次降低了信号所占用的带宽，从而进一步减少线缆对信号的衰减。
基于以上技术，1000Base-T得以在5类双绞线上传输千兆位的高速信号。
目前世界上85%的以太网采用双绞线连接，其中大部分为5类双绞线。
1000Base-T技术可以利用现有的线缆设施，最大程度地保护客户的现有投资，从而为客户提供最具性价比的千兆连接解决方案。
2.4 千兆以太网的主要特点1、易升级性使用局域网交换器或路由器将现有的低速以太网设备和千兆以太网设备连接很简单，利用原有的线路即可互联。
由于所有的以太网的帧格式和长度都相同，没有必要做网络的其他变动。
这种网络升级途径使得千兆以太网可以“无缝”融入现存的以太网和快速以太网之中，因此，由10Base-T、100Base-T升级到千兆以太网非常容易。
2、经济性总体开销是评价新型网络技术的一个重要的因素。
总体开销不仅包括购买设备的开销，还应包括培训、维护和纠错的开销。
目前千兆以太网每端口的综合造价是100兆以太网的3-5倍。
随着产品数量的增加，生产线的简化以及低价光电设备的成功研制，千兆以太网端口价格将不断降低。
另外，由于现有系统的用户早已熟悉了以太网技术及以太网的维护和纠错工具，以太网的支持开销将远远低于其他的技术。
一旦千兆以太网的升级培训完成之后，网络支持人员可以有充分信心做千兆以太网的安装和纠错工作。
3、可管理维护性网络管理员所面临的一个重要问题是如何获得更高的网络带宽，而不致于使现存的网络瘫痪。
千兆以太网采用和以前的10兆、100兆以太网相同的格式，执行同样的功能。
这样，向更高速度网络发展时，升级就成为直接性的和增加性的。
所有的三种以太网都采用同样的IEEE802.3帧格式，同样的双工操作和流控机制。
单工操作模式中，千兆以太网采用同样的基本载波侦听多路访问协议方式解决共享介质的冲突问题。
而且千兆以太网使用同样的、由IEEE802.3小组定义的管理对象。
从以太网过渡到快速以太网，大多数网络管理员所熟悉的基本管理对象仍将在千兆以太网上得以延续；使用厂商开发了的网络管理软件，使千兆以太网的集中管理和维护非常简便。
4、广泛应用性千兆以太网为局域网主干和城域网主干提供了一种高性能价格比的宽带传输交换平台，使得许多宽带应用能施展其魅力。
Internet应用的出现预示着新数据类型的发展，包括视频和音频。
在过去，人们认为视频需要一种新的、专为多媒体设计的技术，但是如今由于新型协议和新标准的出现，采用先进的视频压缩技术，将数据和视频综合在以太网上已经成为现实。
5、保证服务质量（QOS）千兆以太网提供高速连接能力，但本身不提供完整的服务功能（如服务质量、自动冗余容错或高层寻径功能）。
如同所有的以太网描述一样，千兆以太网只定义数据链路层以下的协议，这些功能将分别在网络层和传输层中定义，实现在应用之间的可靠通信服务。