[发明专利]一种基于FPGA的全配置型Cameralink转光纤实时图像光端机

摘要

一种基于FPGA的全配置型Camera link转光纤实时图像光端机，该光端机实现高带宽(85MHz)、高可靠性的全配置(Full型)Camera link实时图像输入至光纤实时图像输出的转换功能，且具备全配置型(Full)、中等型(Medium)或基本型(Base)Camera link实时图像输入的自适应配置功能、Camera link输入工作频率的自适应功能；并实现串口、时序控制光纤数据流输入至Camera link接口输出的转换功能，提高了Camera link实时图像光端机的远距离串口通讯、时序控制的可靠性；突破了全配置型(Full)Camera link实时图像转光纤的技术难点；设计实现SFP光纤模块的灵活配置，传输距离从500米至120千米，增强了Camera link实时图像传输系统的抗电磁干扰能力，满足多种工程应用场合的需求。

主权项

一种基于FPGA的全配置型Camera link转光纤实时图像光端机，其特征在于包括：Camera link转光纤装置(1)和SFP光纤互联传输装置(2)；Camera link转光纤装置(1)完成全配置型(Full)Camera link实时图像输入至光纤实时图像输出的转换，光纤实时图像通过SFP光纤互联传输装置(2)发送至远端；Camera link转光纤装置(1)实时接收SFP光纤互联传输装置(2)输入的串口、时序同步控制光纤数据流，Camera link转光纤装置(1)完成光纤数据流解析并转换成串口数据、时序同步控制信号传输至相机；其全配置型Camera link转光纤实时图像光端机能自适应Camera link的全配置型(Full)、中等型(Medium)或基本型(Base)输入工作模式，无需人工干预配置，自适应Camera link的输入工作频率，最高Camera link工作频率达85MHz；Camera link转光纤装置(1)包括Camera link基本配置(Base)输入接口模块(111)、Camera link全配置(Full)输入接口模块(112)、Camera link数据解调模块(113、114、115)、LED指示灯(110)、数据采集同步模块(12)、64位转48位数据分发模块(13)、数据Block RAM乒乓缓存模块(14)、图像帧封装模块(15)、数据包封装模块(16)、串口数据采集/解析模块(161)、数据并/串转换模块(17)、时钟芯片(18)、时钟管理模块(181)、FPGA芯片(19)、EEPROM程序存储芯片(191)；Camera link三个数据解调模块(113、114、115)，满足Camera link的全配置型(Full)、中等型(Medium)或基本型(Base)的数据解调，每一个模块均由DS90CR288A芯片完成数据解调，第一数据解调模块(113)对应Camera link格式的X分量数据，第二数据解调模块(114)对应Camera link格式的Y分量数据，第三数据解调模块(115)对应Camera link格式的Z分量数据，解调获得的数据均输入FPGA(19)芯片进行处理；LED指示灯(110)，由3个独立的LED指示灯组成，3个LED指示灯的颜色分别是红色、黄色和绿色，红色LED灯闪烁则指示Camera link转光纤装置工作正常，黄色LED灯闪烁则指示Camera link图像输入正常，绿色LED灯亮则指示Camera link转光纤装置的SFP光纤互联连接正常；数据采集同步模块(12)，由Camera link三个数据解调模块(113、114、115)分别获得的X、Y、Z分量数据在时序上是不同步的，设计3个写数据宽度为24位、深度为64的FIFO缓存空间；将X、Y、Z分量数据分别写入至各自对应的FIFO缓存空间中，采用X分量的写时钟作为这3个FIFO的统一读出时钟；把X分量的写有效使能信号经过延迟8个时钟周期后所得的使能信号，作为这3个FIFO的统一读出有效使能信号，以完成X、Y、Z分量的数据同步；64位转48位数据分发模块(13)，设计一个写数据控制状态机，该状态机将数据采集同步模块(12)输出的64位数据，每次经过3个时钟周期的采集，采集获得的数据合并为192位的数据；再将这192位数据写入到一个写数据宽度为192位、深度为1K、读数据宽度为48位的FIFO缓存空间，完成Camera link的64位数据至48位的转换；将48位数据分成3个16位数据流通道，每个通道的数据分别输出至各自对应的数据Block RAM乒乓缓存模块(14)；数据Block RAM乒乓缓存模块(14)，设计一个写数据宽度为16位、深度为2K、读数据宽度为16位的Block RAM乒乓缓存空间，即Block RAM A和Block RAM B的深度均为1K；起始时，通道的数据先写入Block RAM A空间，当Block RAM A空间被写满时，写地址切换至Block RAM B空间继续写入，此时，启动读操作，读操作从Block RAM A空间中读出数据；当Block RAM B空间被写满时，Block RAM A空间也已早被读完，此时，写地址切换至Block RAM A空间继续写入，读操作切换至Block RAM B空间继续读出数据，以此循环实现数据乒乓缓存；图像帧封装模块(15)，每一帧的图像数据在光纤数据流中是由帧首和帧尾严格封装的，帧首代表帧的起始，帧首采用一个16位特殊字符“9CE7”和一个2位K字符“10”共同表示；帧尾代表帧的结束，帧尾采用一个16位特殊字符“9CA5”和一个2位K字符“10”共同表示；在每一帧图像数据写入数据Block RAM乒乓缓存模块之前，先将帧首标志、像素个数/行、行数/帧信息写入数据Block RAM乒乓缓存模块(14)，在每一帧图像数据完全写入数据Block RAM乒乓缓存模块之后，紧接着将帧尾标志写入数据Block RAM乒乓缓存模块(14)，完成图像帧的封装；数据包封装模块(16)，每一包的图像数据在光纤数据流中是由包首和包尾严格封装的，包首代表一个包的起始，包首采用一个16位特殊字符“9C63”和一个2位K字符“10”共同表示；包尾代表包的结束，包尾采用一个16位特殊字符“9C5A”和一个2位K字符“10”共同表示；每一个数据包的长度为1K字节；串口数据采集/解析模块(161)，实时采集Camera link中的串口数据并转为光纤数据流发送输出；同时，实时接收光纤数据流并解析出Camera link中的串口数据；串口数据在光纤数据流中是由串口数据包首引导的，以严格区分图像数据包，串口数据包首采用一个16位特殊字符“FC17”和一个2位K字符“10”共同表示；在每个图像数据包、串口数据包之间，均需要嵌入一定频率的时钟修正序列和字符对齐序列，时钟修正序列和字符对齐序列均采用一个16位特殊字符“FC00”和一个2位K字符“10”共同表示；数据并/串转换模块(17)，完成16位并行数据至光纤串行数据流的互相转换，设计采用FPGA内部的RocketIO IP核作为数据并/串转换模块；该基于FPGA的全配置型Camera link转光纤实时图像光端机，实现Camera link实时图像数据输入至光纤图像数据流输出的转换；在该光端机内部实现Camera link图像数据实时采集、缓存，并实现Camera link图像帧封装、Camera link图像数据包封装，并根据光纤图像传输协议实现图像数据沿光纤输出；该基于FPGA的全配置型Camera link转光纤实时图像光端机，实现高带宽、高可靠性的全配置型(Full)Camera link实时图像输入至光纤数据流输出的转换，且具备全配置型(Full)、中等型(Medium)或基本型(Base)Camera link实时图像输入的自适应配置功能、Camera link输入工作频率的自适应功能，无需人工干预；该基于FPGA的全配置型Camera link转光纤实时图像光端机，实现Camera link的串口数据、时序同步控制信号输入至光纤数据流输出的转换功能，扩展了Camera link的串口、时序控制信号的通讯距离；该基于FPGA的全配置型Camera link转光纤实时图像光端机，采用SFP光纤模块的灵活配置，传输距离从500米至120千米，提高了Camera link实时图像传输的稳定性和可靠性，增强了Camera link实时图像传输的抗电磁干扰能力，满足多种工程应用场合的需求。