基于PCI-E的高速圖像采集存儲卡制造技術

本發明專利技術公開了一種基于PCI-E的高速圖像采集存儲卡，包括光纖傳輸模塊、A/D轉換模塊、FPGA邏輯模塊、EPCS邏輯程序存儲模塊、JTAG程序下載接口、SATA硬盤數據存儲模塊、SDRAM模塊、橋芯片和PCI-E接口，光纖傳輸模塊與A/D轉換模塊連接，PCI-E接口與橋芯片連接，A/D轉換模塊、EPCS邏輯程序存儲模塊、JTAG程序下載接口、SATA硬盤數據存儲模塊、SDRAM模塊和橋芯片分別與FPGA邏輯模塊連接。本發明專利技術從而快速實現高速圖像的采集的方法。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于高速圖像采集領域，特別是一種基于PCI-E的高速圖像采集存儲卡。
技術介紹
圖像與人們的生產生活息息相關，是人類獲取和交換信息的主要來源，據統計人類有80%以上的信息來自于圖像。隨著計算機及視頻技術及硬件技術的展，圖像采集在電子通信與信息處理領域得到了廣泛的應用，例如數字化廣播電視、網絡媒體、監控系統等等，視頻圖像采集存儲卡作為計算機視頻應用的重要設備，承擔著模擬信號向數字信號轉換的任務，在現代媒體系統中占據著重要的位置。設計一種功能靈活，使用方便，便于嵌入到系統中的視頻信號采集電路具有重要的實用意義。圖像采集系統包括圖像采集、圖像傳輸、圖像存儲、圖像處理和圖像分析等。傳統的圖像采集系統是一種基于個人計算機(PC)的系統。圖像采集存儲卡部分負責圖像信號·的獲取、采集和控制以及與計算機間的高速數據傳輸及相應的控制，PC機部分完成圖像信號的存儲、顯示等功能。無疑圖像采集存儲卡在圖像采集系統中居于核心地位。目前比較主流的幾種PC視頻接口是VGA接口、DVI接口和HDMI接口。相對而言，VGA接口比較落后，但由于它仍然是目前最多廠商所支持的一個低標準，所以，它的應用范圍是最廣泛的。由于VGA接口輸出模擬信號，在分辨率提高的情況下，VGA信號所顯示的圖像有明顯的失真。DVI接口是一種數字視頻接口，它的支持較高的視頻分辨率。DVI接口特別適于作為液晶顯示器的視頻信號輸入，能夠最大限度的發揮液晶顯示器清晰度高圖像失真小的優勢。但DVI接口比較大，影響了使用性能。HDMI接口是目前很新型的一款視頻接口，它是DVI接口的升級版。除了輸出數字信號，支持較高分辨率以外，它還可以同時輸出音頻信號。并且HDMI接口非常小巧，使用方便。但目前來說，HDMI接口價格偏貴。隨著PCI總線的推出，現在的圖像采集存儲卡借助PCI總線的線性突發傳輸的特點，可采用面向計算機存儲器的圖像采集方式，即模擬圖像通過A/D轉換器后，先存于PCI總線產品自身的緩沖器中(一般只需幾K的容量)，當緩沖器滿后直接把圖像數據傳輸給計算機的物理存儲器。因此電路設計較為簡化、成本低、采集速度快、數據傳輸流暢，基本滿足24幀/s的圖像采集要求。而隨著PCI-E總線的提出，又將數據傳輸的速率提升到一個新的臺階。作為第三代高性能IO總線，其總線結構采取了根本性的變革并行總線變為串行總線，引腳數大大地減少；點到點的互連。這些變革不僅提高了數據傳輸的速率，而且大大地減少了電路設計的成本。將這種總線應用到視頻采集卡中，不但能夠緩解數據吞吐速率不匹配的矛盾，還能夠簡化電路的設計
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種基于PCI-E總線的圖像采集存儲卡，從而快速實現高速圖像的采集的方法。實現本專利技術目的的技術解決方案為一種基于PCI-E的高速圖像采集存儲卡，包括光纖傳輸模塊、A/D轉換模塊、FPGA邏輯模塊、EPCS邏輯程序存儲模塊、JTAG程序下載接口、SATA硬盤數據存儲模塊、SDRAM模塊、橋芯片和PCI-E接口，光纖傳輸模塊與A/D轉換模塊連接，PCI-E接口與橋芯片連接，A/D轉換模塊、EPCS邏輯程序存儲模塊、JTAG程序下載接口、SATA硬盤數據存儲模塊、SDRAM模塊和橋芯片分別與FPGA邏輯模塊連接，PCI-E接口通過WDM驅動程序被PC機識別，光纖傳輸模塊將采集的圖像信息傳輸進A/D轉換模塊，A/D轉換模塊將模擬信號轉化為數字信號串行輸入到FPGA邏輯模塊，在該FPGA邏輯模塊中，將完成圖像的數據重組、PCI數據結構的組合、控制信號的產生與配合；EPCS邏輯程序存儲模塊進行板卡上電后的FPGA程序配置，完成FPGA邏輯模塊的初始化JTAG程序下載接口為FPGA程序傳輸通道，通過該接口，可以將程序固化到EPCS邏輯程序存儲模塊，SATA硬盤數據存儲模塊完成FPGA邏輯模塊對圖像處理數據的永久存儲，通過該模塊完成SATA數據 結構以及控制信號的組合，SDRAM模塊實現采集數據的串并轉換與存儲，為后續PCI-E數據結構準備傳輸數據；橋芯片將完成FPGA邏輯模塊傳輸出來的PCI信號到PCI-E的轉換。本專利技術與現有技術相比，其顯著優點=(I)PCI-E是新一代的I/O總線結構，與傳統總線結構不同的是它采用了點對點串行連接方式，每個設備都有自己的專用連接，不需要像傳統總線那樣共享帶寬，因此能達到PCI、AGP等并行總線所不能提供的高帶寬。(2)PCI-E總線的規格從I通道到32通道不等，其I通道單向傳輸帶寬可達250MBytes/s，8通道單向傳輸帶寬可達2GBytes/s，而32通道的單向傳輸帶寬可達8GBytes/s，可以滿足不同系統設備對數據傳輸帶寬不同的需求。(3)PCI-E采用串行方式傳遞數據，減少了接口的針腳數，降低了 PCI-E設備的體積和成本。(4)基于PCI-E總線的圖像采集系統，能有效提高系統的數據傳輸速率，是高幀頻、大數據量的實時圖像采集系統的有效解決方案。(5)同時在FPGA內部實現PCI主從模塊，從模塊實現了配置空間和IO空間寄存器，主模塊實現DMA控制器。數據傳輸時，虛擬的實現主模塊向從模塊的數據傳輸，實際上通過硬件接口，實現主模塊向PC機的DMA突發傳輸。(6)使用橋芯片進行PCI-PCIE的轉換，解決FPGA硬核成本高的問題。設計了 SATA接口模塊，實現處理的大數據磁盤陣列存儲，方便數據的備份和查詢。下面結合附圖對本專利技術作進一步詳細描述。附圖說明圖I是本專利技術的整體框圖。圖2是FPGA邏輯模塊內部框圖。圖3是FPGA芯片的AD接口模塊接口定義。圖4是AD接口模塊程序流圖。圖5是SDRAM存儲器讀寫模塊輸入輸出引腳定義。圖6是模擬PCI總線數據傳輸原理圖。圖7是PCISlave模塊接口示意圖。圖8是PC訪問I /0空間基本流程圖。圖9是PCMaster模塊接口示意圖。圖10是PCMaster模塊狀態狀態轉移圖。圖11是WDM驅動程序工作流程圖。圖12是驅動程序與應用程序運行的整體流程。 具體實施例方式結合圖1，本專利技術基于PCI-E的高速圖像采集存儲卡，包括光纖傳輸模塊、A/D轉換模塊、FPGA邏輯模塊、EPCS邏輯程序存儲模塊、JTAG程序下載接口、SATA硬盤數據存儲模塊、SDRAM模塊、橋芯片和PCI-E接口，光纖傳輸模塊與A/D轉換模塊連接，PCI-E接口與橋芯片連接，A/D轉換模塊、EPCS邏輯程序存儲模塊、JTAG程序下載接口、SATA硬盤數據存儲模塊、SDRAM模塊和橋芯片分別與FPGA邏輯模塊連接，PCI-E接口通過WDM驅動程序被PC機識別，光纖傳輸模塊將采集的圖像信息傳輸進A/D轉換模塊，A/D轉換模塊將模擬信號轉化為數字信號串行輸入到FPGA邏輯模塊，在該FPGA邏輯模塊中，將完成圖像的數據重組、PCI數據結構的組合、控制信號的產生與配合；EPCS邏輯程序存儲模塊進行板卡上電后的FPGA程序配置，完成FPGA邏輯模塊的初始化JTAG程序下載接口為FPGA程序傳輸通道，通過該接口，可以將程序固化到EPCS邏輯程序存儲模塊，SATA硬盤數據存儲模塊完成FPGA邏輯模塊對圖像處理數據的永久存儲，通過該模塊完成SATA數據結構以及控制信號的組合，SDRAM模塊實現采集數據的串并轉換與存儲，為后續PCI-E數據本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于PCI?E的高速圖像采集存儲卡，其特征在于包括光纖傳輸模塊、A/D轉換模塊、FPGA邏輯模塊、EPCS邏輯程序存儲模塊、JTAG程序下載接口、SATA硬盤數據存儲模塊、SDRAM模塊、橋芯片和PCI?E接口，光纖傳輸模塊與A/D轉換模塊連接，PCI?E接口與橋芯片連接，A/D轉換模塊、EPCS邏輯程序存儲模塊、JTAG程序下載接口、SATA硬盤數據存儲模塊、SDRAM模塊和橋芯片分別與FPGA邏輯模塊連接，PCI?E接口通過WDM驅動程序被PC機識別，光纖傳輸模塊將采集的圖像信息傳輸進A/D轉換模塊，A/D轉換模塊將模擬信號轉化為數字信號串行輸入到FPGA邏輯模塊，在該FPGA邏輯模塊中，將完成圖像的數據重組、PCI數據結構的組合、控制信號的產生與配合；EPCS邏輯程序存儲模塊進行板卡上電后的FPGA程序配置，完成FPGA邏輯模塊的初始化；JTAG程序下載接口為FPGA程序傳輸通道，通過該接口，可以將程序固化到EPCS邏輯程序存儲模塊，SATA硬盤數據存儲模塊完成FPGA邏輯模塊對圖像處理數據的永久存儲，通過該模塊完成SATA數據結構以及控制信號的組合，SDRAM模塊實現采集數據的串并轉換與存儲，為后續PCI?E數據結構準備傳輸數據；橋芯片將完成FPGA邏輯模塊傳輸出來的PCI信號到PCI?E的轉換。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳錢，李超，顧國華，錢惟賢，何偉基，隋修寶，張聞文，路東明，任侃，于雪蓮，李宏哲，
申請(專利權)人：南京理工大學，
類型：發明
國別省市：