图像信号处理板包括2片TI 多核DSP处理器-TMS320C6678,1片Xilinx FPGA XC7K420T-1FFG1156,1片Xilinx FPGA XC3S200AN。实现四路千兆以太网输出,两路422输出。通过FPGA的GTX ,LVDS实现高速背板互联。采用6U VPX架构。芯片满足工业级要求,板卡满足抗震要求。
图像信号处理板卡负责对视频信号进行处理,返回或输出。板卡采用双 TI 8核DSP处理器 TMSC6678,Xilinx的 K7-XC7K420T处理器 ,Xilinx 的Spartans XC3S200AN处理器,TI的MSP430处理器。其中CFPGA负责管理板卡的上电时序,时钟配置,系统及模块复位等,MCU负责检测板卡的温度、电源。
图 5:图像信号处理板原理框图
4.2.技术指标:
● 支持2个TMS320C6678芯片,每片DSP外挂DDR3,256M x 64bit容量; Nor Flash 16M x16bit容量;4路以太网接口,DSP之间通过HyperLink x4 互联,支持4 x 3.125Gbps带宽。
● DSP与K7直接通过RapidIO x4模式互联,支持4 x 3.125 Gbp速度。
● DSP 与K7 通过I2C,SPI,Uart,GPIO接口互联。
● DSP调试为普通JTAG口,FPGA-K7为BPI模式。
● 板卡要求工业级芯片。结构满足抗震要求。
● 板卡采用双电源供电,12V 6A,5V 1A。
4.3.接口互联设计:
● 两片6678通过 Hyperlink x4 @3.125Gbps /per Lane 互联。
● 每片6678的SGMII-0通过PHY芯片,连接至排针。
● 每片6678的SGMII-1通过PHY芯片,连接到VPX-P4。
● 每片6678的PCIe x2 连接至VPX-P3。
● 每片6678和K7通过 SRIO x4 @ 3.125G bps /per Lnae互联。
● 每片6678和K7实现GPIO,SPI,I2C,UART互联。
● 每片6678 和CFPGA 实现GPIO,SPI互联。
● K7和CFPGA实现GPIO互联。
● K7的 GTX x20 分别连接至 VPX的P1,P2,P3接口。
● K7的LVDS x10 连接至VPX-P5。
● K7 输出两组422信号连接至VPX-P4。
4.4.物理特性:
● 尺寸:6U VPX板卡,大小为160X233.35mm
● 工作温度:-40℃~ +85℃
● 工作湿度:10%~80%
五、图像信号处理板后板:
图像信号处理板后板设计包含8个光模块,连于前板Kintex7 的GTX,光纤速率6.25Gbps,用2个光模块接2路光纤图像输入板卡;以及引出两路DSP的以太网口,方便视频压缩数据输出。
图 6:图像信号处理板后板布局图
六、软件设计内容
6.1软件流程说明
图1-3 图像处理平台原理框图
CameraLink相机转光纤传输(A点):
● 传输图像格式为2种,5120X384X200fsX8bit黑白(3.15Gbps),5120X3840X25fsX8bit(3.94Gbps)黑白,单路图像最大带宽约为4Gbps,所需高速接口有效带宽至少5Gbps;
● 单路光纤Aurora64B66B x1最大速率6.25Gbps,有效带宽为6.06Gbps。
● 信号处理板卡板带宽(B、C、E点):
● 信号处理板卡FPGA到DSP RapidIO带宽(B点),Kintex7 FPGA RapidIO 到DSP的传输带宽4 x 3.125Gbps x 50% = 6.25Gbps;
信号处理板卡到存储磁盘阵列的带宽(C点),信号处理板卡和存储磁盘阵列通过SIRO 实现数据传输;每个板卡2组RapidIO,每组传输带宽4 x 3.125Gbps x 50% = 6.25Gbps/s;
● FPGA到计算机板PCIe传输带宽(E点),Kintex7 FPGA需要把2路视频抽取传输给计算机板显示,通过PCIe 2.0X4,理论带宽5GbpsX4=20G,有效带宽不低1250MB/s。
● FPGA到内存的带宽,FPGA外挂两组DDR3,每组容量512MB;每组DDR3读写带宽800M x 32 /8 x 80%(读写效率)= 1600MB/s;
● DSP到内存的带宽,每片DSP外挂1GB的DDR3;每片DDR3读写带宽1333M x 64 /8 x 50%(读写效率)= 5332MB/s。
存储板存储带宽(D点):
● 存储板包含8片mSATA(4TB),构成一个Radi0模式,最大存储速度是2.4GB/s。
计算机板和存储磁盘阵列传输带宽(F点):
● 计算机板和存储磁盘阵列实现PCIe x4 互联,进行图像数据导出;计算机板和存储磁盘阵列传输带宽通过PCIe接口 2.0X4,理论带宽5GbpsX4,有效带宽不低1250MB/s。
6.2存储卡mSATA数据的采集回放
6.3PCIe影像显示软件
程序版本:pcie_pic_show_win7_x64
开发环境:VS2010
操作系统:Windows 7-64bit
图像处理库:OpenCV-2.3.1
驱动软件:WinDriver (win7-64bit版本)
软件路径:...\pcie_pic_show_win7_x64\x64\Debug\ test_pci.exe
影像采集显示软件,通过PCIe接口控制存储卡发起或者结束DMA操作,计算对应影像帧频,显示传输状态,提供上位机软件函数,将图像显示到指定区域。
此处影像采集数据为连续8bit灰度图像数据,上位机软件可启动、停止或者将数据存文件于磁盘E(路径可在程序更改)。
点击
开始采集并显示图像,点击
停止采集及显示。点击
可将当前一幅图像的数据保存于指定盘内。此处显示
绿色为正在采集显示,显示
红色为停止采集显示。这是1S的图像帧频统计
,于真实图像帧率可能稍有误差。