專利名稱：基于PCI Express總線的多波段紅外圖像實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖像采集技術(shù)，特別涉及一種基于PCI Express總線進(jìn)行紅外多波段 紅外探測(cè)器與計(jì)算機(jī)之間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)系統(tǒng)及方法，它適用于多波段紅外圖像融 合系統(tǒng)和多波段圖像同步實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
紅外多波段探測(cè)系統(tǒng)主要由多個(gè)波段的紅外探測(cè)器和紅外信號(hào)實(shí)時(shí)采集處理平 臺(tái)兩部分組成。隨著紅外探測(cè)手段向著大面陣、高幀速、多波段、實(shí)時(shí)探測(cè)的方向發(fā)展，圖像 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)需要傳輸和處理的數(shù)據(jù)量也急劇增長(zhǎng)，并且對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和多波段數(shù)據(jù) 的同時(shí)采集方面提出了更高的要求。傳統(tǒng)的紅外圖像采集系統(tǒng)大多是基于PCI或USB的圖 像采集卡。由于PCI總線是并行總線，擴(kuò)展性較差，當(dāng)連接多個(gè)設(shè)備時(shí)，總線的有效帶寬將 大幅降低，傳輸速率變慢；而基于USB的紅外圖像采集系統(tǒng)理論上的極限速率為60MBps，只 適用于數(shù)據(jù)率較低的應(yīng)用場(chǎng)合。PCI Express作為新一代的I/O總線標(biāo)準(zhǔn)，與傳統(tǒng)總線結(jié)構(gòu) 不同，它采用了點(diǎn)對(duì)點(diǎn)串行連接方式，解決了傳統(tǒng)總線占用和總線效率低的問(wèn)題。并且它規(guī) 定總線可以擁有1到32個(gè)通道的多種規(guī)格，而每通道的單向傳輸速率可以達(dá)到2. 5GbpSo 鑒于以往傳統(tǒng)的紅外圖像采集系統(tǒng)的不足，基于PCI Express總線的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能大大 提高系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率，是進(jìn)行大面陣、高幀頻、多波段探測(cè)的實(shí)時(shí)紅外圖像采集的有效 解決途徑。另一方面，多波段圖像融合系統(tǒng)對(duì)于多波段紅外探測(cè)器探測(cè)到的數(shù)據(jù)信息，需要 在時(shí)間上同時(shí)采集數(shù)據(jù)和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，即多波段的圖像數(shù)據(jù)需要在時(shí)間上進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)，在此基 礎(chǔ)上才能運(yùn)行多波段圖像的實(shí)時(shí)融合技術(shù)。一種解決方案是對(duì)多波段的數(shù)據(jù)進(jìn)行分別的采 集存儲(chǔ)，然后再匯總處理。但這種方案將大大增加多探測(cè)器間的時(shí)間對(duì)準(zhǔn)和延時(shí)控制的難 度，并且系統(tǒng)功耗和成本方面會(huì)成倍的增長(zhǎng)，也不利于系統(tǒng)的小型化和便攜性的要求。PCI Express總線支持多通道的數(shù)據(jù)獨(dú)立傳輸?shù)姆绞?，而且通道之間互不干擾。采用多通道的 PCI Express總線進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，對(duì)于實(shí)現(xiàn)多波段探測(cè)器數(shù)據(jù)的同時(shí)采集和在控制成本、降 低功耗、提高系統(tǒng)便攜性方面具有天然的優(yōu)勢(shì)?？傊?，開(kāi)發(fā)和研制基于多通道PCI Express總線的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，是面向未來(lái)發(fā)展 的多波段、高速、大面陣的紅外探測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集的應(yīng)用要求而生的，并且為實(shí)現(xiàn)多波段 實(shí)時(shí)紅外圖像融合技術(shù)的發(fā)展，奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種基于PCI Express總線的多波段紅外圖像實(shí)時(shí)采集裝 置及方法，來(lái)實(shí)現(xiàn)多波段紅外圖像的高速、實(shí)時(shí)采集和同時(shí)顯示，滿足現(xiàn)有的多個(gè)波段、大 陣列的紅外探測(cè)系統(tǒng)中高數(shù)據(jù)吞吐率和實(shí)時(shí)性的應(yīng)用需求。本發(fā)明的硬件裝置由主機(jī)、PCI Express x8的總線通道和采集卡組成，采集卡包含三個(gè)差分I/O接口、FPGA控制芯片和連接有DDR2SDRAM內(nèi)存條的存儲(chǔ)模塊，硬件連接如 圖1所示。所述的主機(jī)的配置要求為配備的處理器是Pentiune 4或者Celeron系列 1. OGHz以上的CPU，操作系統(tǒng)版本為Windows2000\Windows XP SP2以上版本，內(nèi)存條為 DDR2SDRAM 667MHz、512M以上配置，硬盤為40G SATA以上的主硬盤，必須包含支持PCI Express x8總線通道的接口部件；為了小型化和便攜性的需求，可以采用嵌入式計(jì)算機(jī)模 塊來(lái)實(shí)現(xiàn)主機(jī)的全部功能，例如Kontron公司開(kāi)發(fā)的COM Express系列嵌入式計(jì)算機(jī)模 塊，僅有95mmX 125mm的大小，集成了主機(jī)主板所需的CPU、北橋芯片、南橋芯片、內(nèi)存等部 件以及主機(jī)接口。所述的PCI Express x8的總線通道，包括PCI Express x8的連接器(即插槽)和 金手指兩個(gè)部分，用于建立主機(jī)和采集卡之間的數(shù)據(jù)通路和硬件連接；所述的PCI Express x8的插槽放置在主機(jī)上，該插槽符合PCI SIG組織提供的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(如PCI ExpressTM卡 機(jī)電規(guī)范1.0a)；所述的PCI Express x8的金手指安裝在采集卡上，必須與主機(jī)上的插槽 符合相同的定義和規(guī)范。所述的采集卡上各個(gè)硬件組成部分需要滿足所述的FPGA必須包含一個(gè)PCI Express總線協(xié)議的硬核或者軟核(如Xilinx公司生產(chǎn)的Virtex_5LXT、SXT、FXT系列 FPGA，包含有 PCI Express LogiCORE IP Endpoim Block 的硬核和 Rocket I/O 高速收發(fā)器 GTP，從而能夠?qū)崿F(xiàn)PCI Express總線協(xié)議規(guī)范)；所述的差分I/O接口連接的時(shí)鐘需要滿 足探測(cè)器輸入時(shí)鐘的要求(比如探測(cè)器輸入數(shù)據(jù)的時(shí)鐘為10MHz，則連接該探測(cè)器的差分 1/0接口的時(shí)鐘頻率必須不低于IOMhz)；所述的DDR2SDRAM存儲(chǔ)模塊的內(nèi)存條必須滿足為 DDR2667MHz、256MHz 以上的配置。所述的采集系統(tǒng)進(jìn)行采集工作時(shí)先由主機(jī)通過(guò)PCI Express x8的總線通道向 采集卡發(fā)出采集指令，采集卡的FPGA接收指令后，控制差分1/0接口將多波段探測(cè)器的圖 像數(shù)據(jù)接收到采集卡的DDR2SDRAM中進(jìn)行緩存；待所有探測(cè)器的當(dāng)前圖像幀數(shù)據(jù)緩沖完成 后，F(xiàn)PGA控制將DDR2SDRAM中緩存的當(dāng)前圖像幀數(shù)據(jù)通過(guò)PCI Express x8總線傳送給主 機(jī)，與此同時(shí)采集卡還要按照上述操作進(jìn)行下一時(shí)刻的圖像幀數(shù)據(jù)的采集和緩存工作；待 主機(jī)從總線上接收?qǐng)D像幀數(shù)據(jù)完成之后，主機(jī)進(jìn)行多波段紅外圖像的實(shí)時(shí)同步顯示和圖像 存儲(chǔ)。本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集流程為步驟1，主機(jī)向多波段紅外圖像實(shí)時(shí)采集卡發(fā)出“開(kāi)始采集”指令，由采集卡進(jìn)行數(shù) 據(jù)采集和傳輸?shù)墓ぷ鞑襟E2，采集卡上FPGA的PCI Express總線控制單元在PCI Express x8總線上以 PIO模式接收到主機(jī)發(fā)送的“開(kāi)始采集”指令之后，打開(kāi)FPGA的差分1/0接口單元，準(zhǔn)備進(jìn) 行數(shù)據(jù)的接收；步驟3，采集卡通過(guò)差分1/0接口與多個(gè)波段紅外探測(cè)器的數(shù)據(jù)通道相連，并且負(fù) 責(zé)將多波段探測(cè)器同時(shí)探測(cè)到的數(shù)據(jù)由FPGA內(nèi)部的差分1/0接口單元接收進(jìn)來(lái)，并在FIFO 緩沖單元中進(jìn)行緩存；步驟4，采集卡上FPGA中的DDR2 SDRAM控制單元將FIFO緩沖單元中接收到的數(shù) 據(jù)寫入DDR2SDRAM的乒乓緩沖區(qū)中；
步驟5，采集卡上FPGA中的流量控制和通道調(diào)度單元進(jìn)行多探測(cè)器的速率匹配 和在PCI Express總線上的流量調(diào)配，從而配置各個(gè)波段探測(cè)器數(shù)據(jù)采集通路上對(duì)應(yīng)的 DDR2-PCIE緩存FIFO的狀態(tài)；步驟6，待多波段探測(cè)器的當(dāng)前幀圖像數(shù)據(jù)均緩存完成后，采集卡上FPGA中的 DDR2SDRAM控制單元將在DDR2SDRAM中緩存好的圖像幀數(shù)據(jù)傳送給分配好的DDR2-PCIE緩 存FIFO，與此同時(shí)FPGA在DDR2SDRAM的乒乓緩沖區(qū)中還要進(jìn)行下一時(shí)刻圖像幀數(shù)據(jù)的采集
緩存工作；步驟7，采集卡上FPGA中的FIFO緩沖單元將DDR2-PCIE緩存FIFO的圖像幀數(shù)據(jù) 傳輸給由FPGA中的PCI Express總線控制單元；步驟8，采集卡上FPGA中的PCI Express總線控制單元將圖像幀數(shù)據(jù)按照DMA數(shù) 據(jù)傳輸模式，在PCI Express x8的總線通道上發(fā)送給主機(jī)，并且在多波段探測(cè)器的圖像幀 數(shù)據(jù)都上傳完成之后以PIO模式向主機(jī)發(fā)送中斷；步驟9，主機(jī)在PCI Express總線上通過(guò)PIO模式接收到采集卡發(fā)送的中斷信號(hào)之 后，主機(jī)讀出圖像幀的數(shù)據(jù)，進(jìn)行多波段紅外圖像的實(shí)時(shí)同步顯示和圖像存儲(chǔ)的操作；步驟10，當(dāng)采集結(jié)束時(shí)，采集卡向主機(jī)傳送當(dāng)前探測(cè)器探測(cè)到的圖像數(shù)據(jù)，并且不 再進(jìn)行下一時(shí)刻圖像幀的采集工作，并且當(dāng)多波段紅外圖像數(shù)據(jù)傳輸完成之后以中斷的方 式通知主機(jī)，然后主機(jī)進(jìn)行多個(gè)波段的紅外圖像的顯示和圖像存儲(chǔ)的操作，最后關(guān)閉整個(gè) 采集系統(tǒng)的工作模塊。本發(fā)明在硬件裝置方面的技術(shù)特征在于第一，采集卡與主機(jī)之間采用x8通道的 PCI Express的總線接口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和通信。PCI Express總線是兩臺(tái)設(shè)備之間進(jìn)行點(diǎn) 對(duì)點(diǎn)的串行通信的總線，一條總線鏈路上可以支持xl、x2、x4、x8、xl6的雙工通道，每個(gè)雙 工通道上數(shù)據(jù)發(fā)送和接收的速率可達(dá)到2. 5(ibpS。本發(fā)明中采用了 x8通道的PCI Express 總線，理論上的數(shù)據(jù)速率可以達(dá)到20(ibpS (即2. 5GB/s)，相比傳統(tǒng)的使用PCI總線和USB總 線的數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)，數(shù)據(jù)傳輸速率大大增加，更加適合于海量數(shù)據(jù)傳輸和多探測(cè)器的 數(shù)據(jù)同時(shí)輸入的發(fā)展應(yīng)用。第二，所述的采集卡對(duì)三個(gè)波段的紅外探測(cè)器的信號(hào)進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)的采集和傳 輸，并且通過(guò)運(yùn)用差分I/O接口的特點(diǎn)來(lái)靈活匹配不同波段紅外探測(cè)器的數(shù)據(jù)接口和傳輸 時(shí)序的要求。所述的采集系統(tǒng)所對(duì)應(yīng)的多波段紅外探測(cè)器分別是短波紅外探測(cè)器、中波紅 外探測(cè)器和長(zhǎng)波紅外探測(cè)器，它們分別負(fù)責(zé)探測(cè)自己波段范圍內(nèi)的紅外圖像。采集卡與多 波段紅外探測(cè)器之間使用LVDS J30-51的差分I/O接口進(jìn)行連接，可以靈活匹配可能具有 各自不同的格式定義的三種紅外探測(cè)器的數(shù)據(jù)接口。第三，所述的主機(jī)采用嵌入式計(jì)算機(jī)模塊，尺寸僅95mmX 125mm，大大減小了系統(tǒng) 的重量和體積，使得采集系統(tǒng)小巧、便攜，并能夠在有限的空間里發(fā)揮作用。本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集方法主要由采集卡上FPGA內(nèi)的功能單元來(lái)實(shí)現(xiàn)。該FPGA內(nèi)的 功能單元主要包括PCI Express總線控制單元、流量控制和通道調(diào)度單元、DDR2SDRAM控制 單元、差分I/O接口單元和FIFO緩沖單元四個(gè)部分，如圖3所示。該數(shù)據(jù)采集方法的主要 技術(shù)特征在于第一，所述的PCI Express總線控制單元內(nèi)包含PCI Express的集成端點(diǎn)設(shè)計(jì)，并 將命令與數(shù)據(jù)以不同的模式分開(kāi)傳輸。在PCI Express總線上，命令以PIO模式傳輸，數(shù)據(jù)以DMA模式傳輸。第二，所述的流量控制和通道調(diào)度單元還對(duì)三路紅外探測(cè)器數(shù)據(jù)在PCIExpress 總線上的傳輸進(jìn)行總線帶寬分配和流量控制。本發(fā)明運(yùn)用PCI Express總線的VC虛擬信 道技術(shù)，通過(guò)為不同探測(cè)器的數(shù)據(jù)流分配不同數(shù)量的VC虛擬信道，從而區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)通過(guò)時(shí)的 帶寬大??；所述的控制模塊還對(duì)每個(gè)VC虛擬信道進(jìn)行流量控制，并且將這些VC虛擬信道緩 沖區(qū)對(duì)應(yīng)到相同大小的FIFO上，從而保證各個(gè)VC虛擬信道之間的負(fù)載均衡。本發(fā)明有以下三個(gè)主要的優(yōu)點(diǎn)一、數(shù)據(jù)傳輸速率高、系統(tǒng)吞吐量大。由于采集卡向主機(jī)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)通過(guò)x8通道 的PCI Express總線，根據(jù)協(xié)議規(guī)范，理論上其xl通道單向傳輸帶寬可達(dá)250MB/s，x8通道 單向傳輸帶寬可達(dá)2GB/s，而在實(shí)際測(cè)試中，xl通道單向傳輸速率為120MB/S，x8通道單向 傳輸速率可達(dá)900MB/s。二、實(shí)時(shí)同步傳輸。在三個(gè)波段紅外探測(cè)器的圖像數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中，F(xiàn)PGA通過(guò) FIFO緩沖、DDR2 SDRAM乒乓緩存和PCI Express VC虛擬信道技術(shù)，使多波段探測(cè)器的數(shù) 據(jù)可以進(jìn)行高速、同步、實(shí)時(shí)的傳輸。三、小巧、集中、便攜。本發(fā)明中的主機(jī)采用嵌入式計(jì)算機(jī)模塊，大大的減小了系統(tǒng) 的尺寸和重量，便于攜帶；本發(fā)明中的采集卡集成了多個(gè)紅外波段探測(cè)器的采集系統(tǒng)，將各 個(gè)紅外波段探測(cè)器的獨(dú)立采集和顯示功能，統(tǒng)一集成到一個(gè)采集卡電路和一臺(tái)主機(jī)上，有 利于進(jìn)行移動(dòng)性的實(shí)地試驗(yàn)和集中的數(shù)據(jù)處理，并且方便進(jìn)行采集系統(tǒng)的統(tǒng)一維護(hù)工作。


圖1基于PCI Express的圖像采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖2FPGA內(nèi)部各個(gè)邏輯功能單元結(jié)構(gòu)示意圖。圖3PCI Express總線控制單元結(jié)構(gòu)示意圖。圖4多波段紅外圖像采集系統(tǒng)的算法流程圖。
具體實(shí)施例方式下面根據(jù)附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方法進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。圖1是基于PCI Express的圖像采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。本發(fā)明所采用的硬件裝置為一臺(tái)帶有x8通道PCI Express插槽的主機(jī)和一個(gè)帶有PCI Express x8金手指的采集卡，采集卡上含有三個(gè) J30-51標(biāo)準(zhǔn)的差分I/O接口、一個(gè)內(nèi)嵌了 PCI Express硬核的FPGA和一個(gè)接有DDR2SDRAM 內(nèi)存條的存儲(chǔ)模塊。所述的主機(jī)采用Kontron公司的ETXexpress-PC的嵌入式計(jì)算機(jī)模塊，大小尺 寸為 95mm Xl 25mm，具體配置為 dnte I(R) Core (TM) 2 Duo SL9400 (1. 86GHz)的 CPU，2G DDR3SDRAM 1067MHz 的內(nèi)存，SATA 250GB 的硬盤，安裝有 Windows XP Professional SP2 的 操作系統(tǒng)。主機(jī)負(fù)責(zé)發(fā)出采集“開(kāi)始”指令和采集“結(jié)束”指令，控制采集卡進(jìn)行采集工作 和結(jié)束采集工作；并且主機(jī)將采集卡傳輸?shù)膱D像幀數(shù)據(jù)分別對(duì)應(yīng)到多個(gè)窗口上進(jìn)行每個(gè)波 段紅外圖像的實(shí)時(shí)顯示和同時(shí)顯示。主機(jī)上的功能單元分為驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用程序兩個(gè)部 分。驅(qū)動(dòng)程序負(fù)責(zé)與采集卡進(jìn)行通信和數(shù)據(jù)傳輸，應(yīng)用程序負(fù)責(zé)將采集卡傳輸來(lái)的多波段 紅外探測(cè)器的數(shù)據(jù)進(jìn)行獨(dú)立窗口的實(shí)時(shí)、同步顯示以及圖像存儲(chǔ)。
所述的PCI Express x8通道總線的時(shí)鐘頻率為200MHz，帶寬為64bit。 PCIExpress總線為互連設(shè)備提供高速、高性能、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、差動(dòng)信令鏈路，并且每個(gè)鏈路上采 用了 2. 5(ibpS高速差分收發(fā)器。由于PCI Express 1. 0協(xié)議規(guī)范中物理層采用了 ^/lOb 編碼，因此理論上的數(shù)據(jù)速率可達(dá)2. 5GbpsX80%= 2. OGbps (即256MB/s)。由于協(xié)議中 數(shù)據(jù)包在生成過(guò)程中為傳輸?shù)臄?shù)據(jù)添加了一定的冗余數(shù)據(jù)，并且主機(jī)對(duì)PCI Express總 線存在中斷響應(yīng)和等待處理的延時(shí)，因而實(shí)際測(cè)得單通道的數(shù)據(jù)傳輸率約為120MB/S，PCI Express x8通道的傳輸速率可達(dá)900MB/s，足以滿足多路紅外圖像數(shù)據(jù)的大規(guī)模、高速率的 數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?。所述的采集卡與多波段紅外探測(cè)器之間使用LVDS J30-51的差分I/O接口進(jìn)行 連接，可以匹配三種探測(cè)器各自具有不同的格式定義的數(shù)據(jù)接口。與本發(fā)明中采集卡上 差分I/O 口連接的三個(gè)波段的紅外探測(cè)器分別是負(fù)責(zé)長(zhǎng)波8-12um波段探測(cè)的320XM0 元HgCdTe(碲鎘汞)長(zhǎng)波紅外焦平面探測(cè)器，負(fù)責(zé)中波3-5um波段探測(cè)的256X320元 HgCdTe(碲鎘汞)中波紅外焦平面探測(cè)器，以及負(fù)責(zé)短波l-3um波段探測(cè)的64X64元 InGaAs (銦鎵砷)短波紅外焦平面探測(cè)器。所述的采集卡上FPGA芯片是多波段紅外圖像實(shí)時(shí)采集卡中的核心控制部件。本 發(fā)明中的FPGA芯片采用Xilinx公司的Virtex-5LX50T型號(hào)的FPGA，芯片內(nèi)部集成了一種 被稱為 LogiCORE IP Endpoint Block 的 PCI Express 集成端點(diǎn)模塊(作為 PCI Express 的硬核資源)和Rocket IO的GTP高速數(shù)據(jù)速率收發(fā)器(可以實(shí)現(xiàn)2. 5Gbps的高速數(shù)據(jù)傳 輸和PCI Express協(xié)議規(guī)范的8B/10B編解碼，該部分可作為PCI Express總線上的電氣物 理層收發(fā)模塊)。采集卡上的FPGA芯片通過(guò)PCI Express x8金手指上的12V電源線上電， 該電壓經(jīng)過(guò)采集板上的電壓轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為5V電壓給FPGA芯片供電。所用的參考時(shí)鐘是 由IOOMHz的時(shí)鐘晶振提供。該FPGA芯片是整個(gè)采集算法中采集卡部分的主要承載體，它 包含有采集卡算法部分的多個(gè)功能單元，具體如圖2所示，后面根據(jù)圖2進(jìn)行詳述。所述的DDR2SDRAM采用800MHz、256MB的內(nèi)存條，數(shù)據(jù)位寬為64bit，時(shí)鐘由 200MHz的時(shí)鐘晶振提供，讀寫速率理論值可達(dá)6. 25GB/s,實(shí)際測(cè)得的數(shù)據(jù)速率為2. 5GB/s。 在本發(fā)明中，DDR2 SDRAM為每個(gè)波段紅外探測(cè)器分配一對(duì)乒乓緩沖區(qū)，而每個(gè)緩沖區(qū)的大 小為一個(gè)圖像幀的大小。在一些應(yīng)用場(chǎng)合，有時(shí)候會(huì)緩存一段時(shí)間的圖像數(shù)據(jù)幀之后再向 主機(jī)傳輸，因而需要對(duì)每個(gè)波段紅外探測(cè)器提供對(duì)應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)度的一對(duì)乒乓緩存區(qū)，這也是 選用DDR2 SDRAM內(nèi)存條而不是DDR2 SDRAM內(nèi)存芯片或者Flash芯片的原因。因?yàn)樵谟布?系統(tǒng)中同樣的內(nèi)存插槽可以配備不同容量大小的內(nèi)存條，根據(jù)系統(tǒng)中緩存數(shù)據(jù)幀的時(shí)間長(zhǎng) 短不同、數(shù)據(jù)量的大小不同，可以調(diào)整為合適容量的內(nèi)存條，并且DDR2 SDRAM的讀寫速度遠(yuǎn) 遠(yuǎn)高于Flash芯片，因此在DDR2 SDRAM部分可以做到容量可變、傳輸速率快，為未來(lái)數(shù)據(jù)量 大、緩存時(shí)間長(zhǎng)、速率快的探測(cè)數(shù)據(jù)的采集做準(zhǔn)備。圖2為FPGA內(nèi)部各個(gè)邏輯功能單元結(jié)構(gòu)示意圖。圖中實(shí)線框部分為FPGA實(shí)現(xiàn)的 采集卡算法的主要功能模塊，虛線框部分表示與FPGA中模塊相關(guān)聯(lián)的外部元件。作為采集卡上主要控制芯片的FPGA內(nèi)部的功能單元包括PCI Express總線控制 單元、流量控制和通道調(diào)度單元、與探測(cè)器連接的差分I/O接口單元、DDR2 SDRAM控制單元 以及FIFO單元。在數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，首先主機(jī)發(fā)出的命令信號(hào)，經(jīng)由PCI Express x8鏈路傳輸給GTP高速收發(fā)器；GTP將接收到的信號(hào)數(shù)據(jù)流傳送給PCI Express硬核進(jìn)行PCI Express數(shù) 據(jù)包的解包操作，然后由PCI Express硬核將解析出的命令數(shù)據(jù)凈荷傳給PIO命令收發(fā)單 元進(jìn)行命令的識(shí)別和解析，并傳輸給狀態(tài)和命令控制單元來(lái)執(zhí)行相應(yīng)的命令響應(yīng)邏輯如 果主機(jī)發(fā)出的命令是采集開(kāi)始命令，狀態(tài)和命令控制單元向差分I/O接口單元發(fā)出采集開(kāi) 始指令，差分I/O單元開(kāi)始接收三個(gè)紅外波段探測(cè)器的探測(cè)數(shù)據(jù)；并且狀態(tài)和命令控制單 元向流量控制和通道調(diào)度單元發(fā)出開(kāi)始指令，流量控制和通道調(diào)度單元通過(guò)對(duì)FIFO單元 和DDR2SDRAM控制單元進(jìn)行控制來(lái)建立穩(wěn)定、連續(xù)的數(shù)據(jù)傳輸通路；狀態(tài)和命令控制單元 還對(duì)DMA數(shù)據(jù)傳輸單元進(jìn)行控制，由該單元按照DMA數(shù)據(jù)傳輸時(shí)序把探測(cè)數(shù)據(jù)傳送給PCI Express硬核，由PCI Express硬核執(zhí)行PCI Express總線規(guī)范所規(guī)定的數(shù)據(jù)包生成操作， 然后將生成的數(shù)據(jù)包傳送給GTP高速收發(fā)器，由GTP在PCI Express x8鏈路上將數(shù)據(jù)發(fā)送 給主機(jī)，并且在傳送完一個(gè)完整的圖像數(shù)據(jù)幀之后狀態(tài)和命令控制單元控制PIO命令收發(fā) 單元向主機(jī)發(fā)送中斷信號(hào)。如果主機(jī)發(fā)出的命令是采集結(jié)束命令，狀態(tài)和命令控制單元發(fā) 送指令給流量控制和通道調(diào)度單元，該單元先向DDR2 SDRAM控制單元查詢當(dāng)前幀的數(shù)據(jù)是 否緩沖完成，等待其緩沖完成，則該單元向狀態(tài)和命令控制單元發(fā)送當(dāng)前幀完成信號(hào)，并且 關(guān)閉FIFO單元的差分輸入緩存FIFO，停止接收FIFO數(shù)據(jù)；狀態(tài)和命令控制單元查詢到當(dāng) 前幀完成信號(hào)有效之后，則向差分I/O接口單元發(fā)送停止采集數(shù)據(jù)指令；狀態(tài)和命令控制 單元等待DMA數(shù)據(jù)傳輸單元將FIFO單元中DDR-PCIE緩存FIFO中數(shù)據(jù)傳送給PCI Express 硬核完畢之后，控制PIO命令收發(fā)單元向主機(jī)發(fā)送中斷信號(hào)，并關(guān)閉DMA數(shù)據(jù)傳輸單元以及 通過(guò)控制流量控制和通道調(diào)度單元對(duì)FIFO單元中的DDR2-PCIE緩存FIFO進(jìn)行關(guān)閉。所述的PCI Express總線控制單元的結(jié)構(gòu)如圖3所示，它包括高速數(shù)據(jù)收發(fā)的 GTP、實(shí)現(xiàn)PCI Express總線協(xié)議的PCI Express硬核邏輯單元、狀態(tài)和命令控制單元、PIO 命令收發(fā)單元和DMA數(shù)據(jù)傳輸單元。所述的PCI Express硬核邏輯單元基于Xilinx公司 Virtex-5L X50T 的 FPGA 中 LogiCORE IP Endpoint Block 的硬核資源，實(shí)現(xiàn) PCI Express 總線協(xié)議規(guī)范的數(shù)據(jù)包生成和數(shù)據(jù)包解包操作，并且支持總線協(xié)議規(guī)范中虛擬信道VC技 術(shù)和流量控制技術(shù)；所述的GTP是基于高速數(shù)據(jù)收發(fā)器的功能單元，負(fù)責(zé)在PCI Express 硬核邏輯單元和PCI Express x8總線通路之間，按照總線規(guī)范定義的電氣標(biāo)準(zhǔn)收發(fā)PCI Express總線物理鏈路上的數(shù)據(jù)包；所述的狀態(tài)和命令控制單元對(duì)主機(jī)發(fā)送的命令進(jìn)行解 析和控制FPGA中其他功能單元執(zhí)行主機(jī)命令，并且紀(jì)錄采集過(guò)程中采集卡的各種狀態(tài)信 息(如主機(jī)命令的紀(jì)錄、當(dāng)前圖像幀數(shù)據(jù)緩存完成的狀態(tài)、上傳圖像幀數(shù)據(jù)完成的狀態(tài) 等)；所述的PIO命令收發(fā)單元負(fù)責(zé)接收主機(jī)在PCI Express總線上以PIO模式發(fā)送的命 令，并且在完成上傳的圖像幀數(shù)據(jù)之后，向主機(jī)以PIO模式發(fā)送中斷請(qǐng)求信號(hào)；所述的DMA 數(shù)據(jù)傳輸單元負(fù)責(zé)將上傳圖像幀數(shù)據(jù)以DMA的模式傳輸?shù)絇CI Express總線上。所述的流量控制和通道調(diào)度單元，在初始化階段將根據(jù)三個(gè)波段的紅外探測(cè)器的 圖像的格式和大小，為每個(gè)探測(cè)器分別分配一對(duì)FIFO緩沖區(qū)和相應(yīng)大小的DDR2SDRAM乒 乓緩沖區(qū)，使得每個(gè)探測(cè)器對(duì)應(yīng)的一對(duì)DDR2 SDRAM緩沖區(qū)的大小為該探測(cè)器一幀圖像大 小的兩倍，并且記錄下每個(gè)探測(cè)器的DDR2 SDRAM乒乓緩沖區(qū)的地址信息；在數(shù)據(jù)采集過(guò)程 中，該單元將當(dāng)前工作狀態(tài)下DDR2SDRAM中用于存放差分輸入數(shù)據(jù)的當(dāng)前幀緩沖區(qū)和進(jìn)行 PCI Express傳輸?shù)纳蟼骶彌_區(qū)的地址信息傳給DDR2 SDRAM控制單元，由DDR2 SDRAM控制 單元對(duì)DDR2 SDRAM進(jìn)行具體的數(shù)據(jù)讀寫操作，如果當(dāng)前幀數(shù)據(jù)緩沖完成，則會(huì)檢測(cè)到DDR2SDRAM控制單元對(duì)當(dāng)前幀完成信號(hào)的有效置位；所述流量控制和通道調(diào)度單元還要根據(jù)不 同的紅外探測(cè)器的數(shù)據(jù)傳輸速率，分配相應(yīng)大小的差分輸入FIFO緩沖區(qū)，來(lái)匹配不同傳輸 速率的紅外探測(cè)器；由于多波段的紅外探測(cè)器的圖像數(shù)據(jù)流量不同，所述的流量控制和通 道調(diào)度單元通過(guò)使用PCI Express的VC虛擬通道的管理機(jī)制，為圖像數(shù)據(jù)流量大的探測(cè)器 數(shù)據(jù)通路分配多個(gè)虛擬通道，為圖像數(shù)據(jù)量小的探測(cè)器數(shù)據(jù)通路分配較少的虛擬通道，由 此來(lái)為各個(gè)探測(cè)器劃分PCI Express x8總線上的數(shù)據(jù)傳輸帶寬，鏈路上的VC虛擬通道一 共有8個(gè)，編號(hào)從0 7，每個(gè)探測(cè)器的數(shù)據(jù)通路可被分配的VC數(shù)目，最多不超過(guò)8個(gè)，最少 不小于1個(gè)；并且，所述的流量控制和通道調(diào)度單元根據(jù)每個(gè)探測(cè)器數(shù)據(jù)通路上VC的分配 情況來(lái)設(shè)置其對(duì)應(yīng)的DDR2-PCIE的FIFO緩存的大小和與VC虛擬通道的映射關(guān)系，從而使 得各個(gè)探測(cè)器的圖像數(shù)據(jù)能夠在PCI Express總線上被高速、同步、實(shí)時(shí)傳輸。所述的差分I/O接口單元主要與波段紅外探測(cè)器的數(shù)據(jù)接口進(jìn)行對(duì)接，該單元可 以根據(jù)不同波段紅外探測(cè)器的數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)序要求，進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)的接收，并且根據(jù)不同 的探測(cè)器的數(shù)據(jù)接口定義，將數(shù)據(jù)格式調(diào)整為統(tǒng)一的數(shù)據(jù)排列模式，然后傳送到FPGA中相 應(yīng)探測(cè)器的差分輸入FIFO緩沖區(qū)中進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)的緩存。所述的DDR2 SDRAM控制單元，控制探測(cè)器的數(shù)據(jù)在DDR2 SDRAM的乒乓緩沖區(qū)中 的輸入輸出操作。在數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，DDR2 SDRAM控制單元從差分輸入FIFO緩沖區(qū)中 讀取探測(cè)器的圖像數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)到探測(cè)器對(duì)應(yīng)在DDR2 SDRAM中的當(dāng)前幀緩沖區(qū)。當(dāng)DDR2 SDRAM中每個(gè)探測(cè)器的當(dāng)前幀的圖像數(shù)據(jù)都存儲(chǔ)完畢后，由DDR2 SDRAM控制單元在下一 時(shí)刻將當(dāng)前幀緩沖區(qū)設(shè)置為上傳緩沖區(qū)，并統(tǒng)一將該緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)讀出到探測(cè)器對(duì)應(yīng)的 DDR2-PCIE的FIFO緩存中。與此同時(shí)，DDR2 SDRAM控制單元控制將另一個(gè)緩沖區(qū)作為該時(shí) 刻的當(dāng)前幀緩沖區(qū)，緩存由差分輸入FIFO緩存中傳送來(lái)的正在采集的圖像幀數(shù)據(jù)，從而保 證多波段探測(cè)器的數(shù)據(jù)能夠被連續(xù)的、實(shí)時(shí)的接收下來(lái)。所述的FIFO單元，就是在FPGA內(nèi)部為三個(gè)波段紅外探測(cè)器的數(shù)據(jù)通道分配三對(duì) 關(guān)聯(lián)的FIFO緩沖區(qū)，其中一個(gè)緩沖區(qū)是針對(duì)探測(cè)器數(shù)據(jù)輸入的差分輸入緩存FIFO，另一個(gè) 緩沖區(qū)是作為DDR2SDRAM控制單元向PCI Express總線控制單元發(fā)送上傳的圖像幀數(shù)據(jù)的 DDR2-PCIE 緩存 FIFO。圖4顯示了多波段紅外圖像采集系統(tǒng)的算法流程。從圖中可以看到整個(gè)系統(tǒng)的工作流程系統(tǒng)上電開(kāi)始以后，采集卡和主機(jī)首先都 先進(jìn)入系統(tǒng)的初始化階段，在各自初始化完畢后采集卡進(jìn)入等待狀態(tài)，等待接收來(lái)自主機(jī) 的命令信號(hào)；采集系統(tǒng)開(kāi)始采集工作時(shí)，主機(jī)的應(yīng)用程序在PCI Express x8總線上以PIO模 式向采集卡發(fā)出采集開(kāi)始命令，采集卡上FPGA控制芯片內(nèi)部的PIO命令收發(fā)單元接收到 該命令，然后傳送給狀態(tài)和命令控制單元進(jìn)行命令的解析操作；當(dāng)?shù)弥撁顬椴杉_(kāi)始 命令后，所述的狀態(tài)和命令控制單元對(duì)差分1/0接口單元、流量控制和通道調(diào)度單元、FIFO 緩沖單元、DDR2 SDRAM控制單元發(fā)出工作的指令；差分1/0接口單元開(kāi)始讀入三個(gè)紅外波 段探測(cè)器探測(cè)到的圖像數(shù)據(jù)，然后將圖像數(shù)據(jù)存入FIFO緩沖單元中對(duì)應(yīng)的差分輸入FIFO 中，再經(jīng)過(guò)DDR2 SDRAM控制單元將數(shù)據(jù)存入DDR2 SDRAM當(dāng)前幀緩沖區(qū)里，并且檢測(cè)三個(gè) 波段探測(cè)器的數(shù)據(jù)在DDR2 SDRAM當(dāng)前幀緩沖區(qū)的儲(chǔ)存狀態(tài)，當(dāng)檢測(cè)到的存儲(chǔ)狀態(tài)為——如 果是三個(gè)探測(cè)器的當(dāng)前幀緩沖區(qū)沒(méi)有都完成緩沖，則需要繼續(xù)對(duì)未完成緩沖的探測(cè)器數(shù)據(jù)繼續(xù)進(jìn)行緩存，步驟同上述數(shù)據(jù)采集過(guò)程，如果是三個(gè)探測(cè)器的當(dāng)前幀緩沖區(qū)均完成了緩 沖，則進(jìn)入乒乓緩沖區(qū)的操作，即將已緩存好數(shù)據(jù)的當(dāng)前幀緩沖區(qū)調(diào)整為上傳緩沖區(qū)，為數(shù) 據(jù)向主機(jī)上傳作準(zhǔn)備，而另一個(gè)緩沖區(qū)調(diào)整為下一時(shí)刻數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的當(dāng)前幀緩沖區(qū)，進(jìn) 行上述的數(shù)據(jù)采集過(guò)程；系統(tǒng)將上傳緩沖區(qū)中的圖像數(shù)據(jù)傳輸給FIFO緩沖單元中對(duì)應(yīng)的 DDR2-PCIE緩存FIFO，然后經(jīng)過(guò)DMA數(shù)據(jù)傳輸單元以DMA數(shù)據(jù)傳輸模式傳給PCI Express 硬核并由GTP在PCI Express x8總線上將圖像數(shù)據(jù)傳輸給主機(jī)；等到所有探測(cè)器的該圖像 幀數(shù)據(jù)傳輸完畢后，由PIO命令收發(fā)單元在PCI Express總線上以PIO的方式向主機(jī)發(fā)送 中斷請(qǐng)求，并檢測(cè)當(dāng)前的命令狀態(tài)，由于是“采集開(kāi)始命令”，則采集卡返回到上傳圖像幀數(shù) 據(jù)的操作狀態(tài)；主機(jī)的驅(qū)動(dòng)程序從PCI Express總線上將各個(gè)探測(cè)器的圖像數(shù)據(jù)接收到對(duì) 應(yīng)的主機(jī)內(nèi)存空間里，并等待采集卡發(fā)送的圖像幀數(shù)據(jù)傳輸完畢的中斷請(qǐng)求，一旦接收到 該中斷信號(hào)，主機(jī)的驅(qū)動(dòng)程序向主機(jī)的應(yīng)用程序發(fā)出通知，并且驅(qū)動(dòng)程序查詢當(dāng)前主機(jī)端 的命令狀態(tài)，如果是開(kāi)始采集命令，則清除當(dāng)前的中斷信號(hào)并返回接收數(shù)據(jù)的狀態(tài)，使用乒 乓緩存機(jī)制在內(nèi)存中接收下一時(shí)刻的圖像數(shù)據(jù)，然后主機(jī)的應(yīng)用程序從內(nèi)存中讀取三個(gè)探 測(cè)器的圖像幀數(shù)據(jù)在應(yīng)用程序的操作界面上進(jìn)行三個(gè)波段圖像的同時(shí)顯示，并且將數(shù)據(jù)以 文件格式存儲(chǔ)到主機(jī)的硬盤中。 采集系統(tǒng)結(jié)束采集工作時(shí)，主機(jī)的應(yīng)用程序在PCI Express x8總線上以PIO模式 向采集卡發(fā)出采集結(jié)束命令，采集卡上FPGA控制芯片內(nèi)部的PIO命令收發(fā)單元接收到該 命令，然后傳送給狀態(tài)和命令控制單元進(jìn)行命令的解析操作；當(dāng)?shù)弥撁顬椴杉Y(jié)束命 令后，所述的狀態(tài)和命令控制單元首先會(huì)檢查DDR2 SDRAM中三個(gè)探測(cè)器的當(dāng)前幀緩沖區(qū)是 否都已經(jīng)將數(shù)據(jù)緩沖完成，如果緩沖未完成，則繼續(xù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的操作，即差分I/O接口 單元讀入三個(gè)紅外波段探測(cè)器探測(cè)到的圖像數(shù)據(jù)，然后將圖像數(shù)據(jù)存入FIFO緩沖單元中 對(duì)應(yīng)的差分輸入FIFO中，再經(jīng)過(guò)DDR2 SDRAM控制單元將數(shù)據(jù)緩存進(jìn)入DDR2 SDRAM當(dāng)前 幀緩沖區(qū)里；等待當(dāng)前幀緩沖完成之后，關(guān)閉下一時(shí)刻數(shù)據(jù)采集操作，即關(guān)閉差分I/O單元 的數(shù)據(jù)讀入和FIFO單元中的差分輸入緩存FIFO;再進(jìn)行乒乓緩沖區(qū)的操作，將已緩存好數(shù) 據(jù)的當(dāng)前幀緩沖區(qū)調(diào)整為上傳緩沖區(qū)，然后將圖像數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)FIFO緩沖單元中的DDR2-PCIE 緩存FIFO，在DMA數(shù)據(jù)傳輸單元中以DMA數(shù)據(jù)傳輸模式傳給PCI Express硬核并由GTP在 PCI Express x8總線上將圖像數(shù)據(jù)傳輸給主機(jī)，等到所有探測(cè)器的該圖像幀數(shù)據(jù)傳輸完畢 后，由PIO命令收發(fā)單元在PCI Express總線上以PIO的方式向主機(jī)發(fā)送中斷請(qǐng)求，最后檢 測(cè)當(dāng)前的命令狀態(tài)，由于是“采集結(jié)束命令”，則采集卡關(guān)閉各個(gè)單元，結(jié)束工作；主機(jī)的驅(qū) 動(dòng)程序從PCI Express總線上將接收各個(gè)探測(cè)器的圖像數(shù)據(jù)，等待圖像幀數(shù)據(jù)傳輸完畢后 采集卡發(fā)送的中斷請(qǐng)求，一旦接收到該中斷信號(hào)，主機(jī)的驅(qū)動(dòng)程序通知向主機(jī)的應(yīng)用程序 進(jìn)行三個(gè)探測(cè)器的圖像幀數(shù)據(jù)的同時(shí)顯示和硬盤存儲(chǔ)，然后查詢主機(jī)端當(dāng)前的命令形式， 如果為結(jié)束采集命令，則主機(jī)的應(yīng)用程序和驅(qū)動(dòng)程序結(jié)束操作，不再進(jìn)行下一時(shí)刻的數(shù)據(jù) 接收和顯示、存儲(chǔ)的操作。
權(quán)利要求
1. 一種基于PCI Express總線的多波段紅外圖像實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)，它包括主機(jī)、PCI Express x8的總線通道和采集卡，其特征在于 所述的主機(jī)采用嵌入式計(jì)算機(jī)模塊；所述的采集卡包含三個(gè)差分I/O接口、FPGA控制芯片和接有DDR2 SDRAM內(nèi)存條的存 儲(chǔ)模塊；所述的主機(jī)與采集卡之間采用x8通道的PCI Express的總線接口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和通所述的采集系統(tǒng)進(jìn)行采集工作時(shí)先由主機(jī)通過(guò)PCI Express x8的總線通道向采集 卡發(fā)出采集指令，采集卡的FPGA接收指令后，控制差分I/O接口將多波段探測(cè)器的圖像數(shù) 據(jù)接收到采集卡的DDR2 SDRAM中進(jìn)行緩存；待所有探測(cè)器的當(dāng)前圖像幀數(shù)據(jù)緩沖完成后， FPGA控制將DDR2 SDRAM中緩存的當(dāng)前圖像幀數(shù)據(jù)通過(guò)PCI Express x8總線傳送給主機(jī)， 與此同時(shí)采集卡還要按照上述操作進(jìn)行下一時(shí)刻的圖像幀數(shù)據(jù)的采集和緩存工作；待主 機(jī)從總線上接收?qǐng)D像幀數(shù)據(jù)完成之后，主機(jī)進(jìn)行多波段紅外圖像的實(shí)時(shí)同步顯示和圖像存 儲(chǔ)。
2. 一種基于權(quán)利要求1所述系統(tǒng)的多波段紅外圖像實(shí)時(shí)采集方法，其特征在于包括以 下步驟步驟1，主機(jī)向多波段紅外圖像實(shí)時(shí)采集卡發(fā)出“開(kāi)始采集”指令，由采集卡進(jìn)行數(shù)據(jù)采 集和傳輸?shù)墓ぷ鞑襟E2，采集卡上FPGA的PCI Express總線控制單元在PCI Express x8總線上以PIO 模式接收到主機(jī)發(fā)送的“開(kāi)始采集”指令之后，打開(kāi)FPGA的差分I/O接口單元，準(zhǔn)備進(jìn)行數(shù) 據(jù)的接收；步驟3，采集卡通過(guò)差分I/O接口與多個(gè)波段紅外探測(cè)器的數(shù)據(jù)通道相連，并且負(fù)責(zé)將 多波段探測(cè)器同時(shí)探測(cè)到的數(shù)據(jù)由FPGA內(nèi)部的差分I/O接口單元接收進(jìn)來(lái)，并在FIFO緩 沖單元中進(jìn)行緩存；步驟4，采集卡上FPGA中的DDR2 SDRAM控制單元將FIFO緩沖單元中接收到的數(shù)據(jù)寫 入DDR2 SDRAM的乒乓緩沖區(qū)中；步驟5，采集卡上FPGA中的流量控制和通道調(diào)度單元進(jìn)行多探測(cè)器的速率匹配和 在PCI Express總線上的流量調(diào)配，從而配置各個(gè)波段探測(cè)器數(shù)據(jù)采集通路上對(duì)應(yīng)的 DDR2-PCIE緩存FIFO的狀態(tài)；步驟6，待多波段探測(cè)器的當(dāng)前幀圖像數(shù)據(jù)均緩存完成后，采集卡上FPGA中的DDR2 SDRAM控制單元將在DDR2S DRAM中緩存好的圖像幀數(shù)據(jù)傳送給分配好的DDR2-PCIE緩存 FIFO,與此同時(shí)FPGA在DDR2 SDRAM的乒乓緩沖區(qū)中還要進(jìn)行下一時(shí)刻圖像幀數(shù)據(jù)的采集 緩存工作；步驟7，采集卡上FPGA中的FIFO緩沖單元將DDR2-PCIE緩存FIFO的圖像幀數(shù)據(jù)傳輸 給由FPGA中的PCI Express總線控制單元；步驟8，采集卡上FPGA中的PCI Express總線控制單元將圖像幀數(shù)據(jù)按照DMA數(shù)據(jù)傳 輸模式，在PCI Express x8的總線通道上發(fā)送給主機(jī)，并且在多波段探測(cè)器的圖像幀數(shù)據(jù) 都上傳完成之后以PIO模式向主機(jī)發(fā)送中斷；步驟9，主機(jī)在PCI Express總線上通過(guò)PIO模式接收到采集卡發(fā)送的中斷信號(hào)之后，主機(jī)讀出圖像幀的數(shù)據(jù)，進(jìn)行多波段紅外圖像的實(shí)時(shí)同步顯示和圖像存儲(chǔ)的操作；步驟10，當(dāng)采集結(jié)束時(shí)，采集卡向主機(jī)傳送當(dāng)前探測(cè)器探測(cè)到的圖像數(shù)據(jù)，并且不再進(jìn) 行下一時(shí)刻圖像幀的采集工作，并且當(dāng)多波段紅外圖像數(shù)據(jù)傳輸完成之后以中斷的方式通 知主機(jī)，然后主機(jī)進(jìn)行多個(gè)波段的紅外圖像的顯示和圖像存儲(chǔ)的操作，最后關(guān)閉整個(gè)采集 系統(tǒng)的工作模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于權(quán)利要求1所述系統(tǒng)的多波段紅外圖像實(shí)時(shí)采集方 法，其特征在于在步驟5中所述的流量控制和通道調(diào)度單元進(jìn)行多探測(cè)器的速率匹配和 在PCI Express總線上的流量調(diào)配是運(yùn)用PCI Express總線的VC虛擬信道技術(shù)，通過(guò)為不 同探測(cè)器的數(shù)據(jù)流分配不同數(shù)量的VC虛擬信道，從而區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)通過(guò)時(shí)的帶寬大??；所述的 控制模塊還對(duì)每個(gè)VC虛擬信道進(jìn)行流量控制，并且將這些VC虛擬信道緩沖區(qū)對(duì)應(yīng)到相同 大小的FIFO上，從而保證各個(gè)VC虛擬信道之間的負(fù)載均衡。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于PCI Express總線的多波段紅外圖像實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)及方法。該系統(tǒng)包括一臺(tái)帶有PCI Express x8通道的嵌入式主機(jī)和一個(gè)實(shí)時(shí)圖像采集卡，包括可編程FPGA芯片、高速緩存的DDR2SDRAM、連接多波段紅外探測(cè)器的差分I/O接口和PCI Express x8插卡部件。該系統(tǒng)采集方法包括采集卡的FPGA從差分I/O口同時(shí)讀入多波段紅外圖像數(shù)據(jù)并緩存至DDR2SDRAM中，待采集完成一個(gè)圖像幀之后，F(xiàn)PGA進(jìn)行PCI Express總線帶寬分配并將該圖像幀數(shù)據(jù)通過(guò)PCI Express x8總線傳輸給主機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示和存儲(chǔ)，并同時(shí)緩存采集到的下一個(gè)圖像幀數(shù)據(jù)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于能夠?qū)⒍鄠€(gè)紅外波段數(shù)據(jù)的分立采集系統(tǒng)，集成為統(tǒng)一的多路、高速、同步、實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)，使系統(tǒng)小型化、便攜性強(qiáng)。
文檔編號(hào)G06F17/40GK102117342SQ201110024558
公開(kāi)日2011年7月6日 申請(qǐng)日期2011年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月21日
發(fā)明者蘭春嘉, 衛(wèi)紅, 李滿良, 李燕, 湯心溢, 葛軍, 黎紹秀 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所