【摘 要】
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工业相机作为视觉检测系统的核心部件,设计的带宽和分辨率日渐增大,传统的相机接口已经无法胜任传输如此高带宽的图像数据的任务。Coa XPress（CXP）数字接口专为高速图像数据传输而开发,正逐步成为高速相机的首选接口。本论文设计了一款基于CXP接口的高速图像采集系统,该系统由CXP图像采集传输板和PCIe 3.0图像采集卡构成,两块板卡通过光纤传输数据;系统采用FPGA作为核心控制器件,可以采集4
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工业相机作为视觉检测系统的核心部件,设计的带宽和分辨率日渐增大,传统的相机接口已经无法胜任传输如此高带宽的图像数据的任务。Coa XPress（CXP）数字接口专为高速图像数据传输而开发,正逐步成为高速相机的首选接口。本论文设计了一款基于CXP接口的高速图像采集系统,该系统由CXP图像采集传输板和PCIe 3.0图像采集卡构成,两块板卡通过光纤传输数据;系统采用FPGA作为核心控制器件,可以采集4路CXP-5（5Gbps）的图像数据,并通过PCIe 3.0x8接口传输到PC的内存中;系统可以接收上位机软件通过千兆以太网发送的控制指令,并完成对CXP相机的控制。本文主要工作如下:（1）研究了CXP V1.1协议,在此基础上在CXP图像采集传输板上完成了接收、传输CXP相机图像数据链路的设计。本文使用Altera提供的高速收发器IP核接收CXP相机下发的4路图像数据,通过字序调整和对齐后解析CXP协议,将提取出的4路纯图像数据经过复接、按自定义的格式打包后从4路SFP接口传输到PCIe 3.0图像采集卡。（2）在CXP图像采集传输板上完成了基于CXP V1.1协议的上传CXP相机控制命令数据包链路的设计工作;在FPGA逻辑端实现了和上位机通过千兆以太网通信的功能;搭建了Nios II软核模块,在软核里完成了解析上位机网络指令以及软件控制CXP相机和CXP图像采集传输板的程序的设计工作。（3）在PCIe 3.0图像采集卡上完成了接收CXP图像采集传输板通过4路SFP接口传输的图像数据,并将4路经过解析自定义的光纤传输协议后的图像数据复接成1路缓存在PCIe 3.0图像采集卡板上的DDR4中。本文采用Xilinx公司提供的VFIFO IP核、AXI Interconnect IP核以及MIG IP核设计了DDR4数据缓存架构。（4）研究了PCIe 3.0总线协议,在PCIe 3.0图像采集卡上基于Xilinx提供的DMA IP核设计了基于寄存器方式的XDMA,完成将DDR4缓存的图像数据搬运到服务器的内存中,并测试了不同DMA大小下DMA的速率。本论文的基于CXP的高速图像采集系统可以适配所有支持CXP V1.1协议的有4路或者4路以下CXP-5接口的CXP相机。经过测试,采集系统的误码率在10-11以下,传输延迟在30us以下。相较于其它CXP图像采集系统,本设计开放了透明的数据接口,方便用户二次开发,具有很强的实用性。
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