实现基于USB3.0技术的高清摄像头系统设计
基于USB3.0高速图像数据传输系统设计
基于USB3.0高速图像数据传输系统设计王国忠;刘磊;储成群;任勇峰;焦新泉【摘要】为了解决图像采集系统中实时数据的高速缓存与传输问题,提出了一种基于高数据带宽、大容量的DDR2 SDRAM存储器和支持突发传输的USB3.0数据传输接口的设计方案.在硬件设计中,采用CYUSB3014作为USB3.0的控制芯片实现FPGA与上位机之间高速图像数据传输,以及采用DDR2 SDRAM作为缓存器;在逻辑设计中采用手动DMA模式对数据流进行控制,避免数据的堵塞,提高了可靠性.经验证,该系统工作稳定,能有效解决海量图像数据的缓存与传输问题.【期刊名称】《仪表技术与传感器》【年(卷),期】2019(000)003【总页数】5页(P106-109,113)【关键词】高速缓存;DDR2SDRAM;USB3.0;手动DMA;可靠性【作者】王国忠;刘磊;储成群;任勇峰;焦新泉【作者单位】中北大学,电子测试技术国家重点实验室,山西太原 030051;中北大学,电子测试技术国家重点实验室,山西太原 030051;中北大学,电子测试技术国家重点实验室,山西太原 030051;中北大学,电子测试技术国家重点实验室,山西太原030051;中北大学,电子测试技术国家重点实验室,山西太原 030051【正文语种】中文【中图分类】TP2740 引言随着大数据智能化时代的到来，以及工业4.0的提出，智能化系统对图像分辨率的要求越来越高，即图像采集系统需要传输的数据量越来越大。
数据传输的速度和缓冲区的大小是图像采集系统中非常重要的一部分，如果缓冲的速度与传输的速度不匹配的话，就会使数据丢失或者堵塞，因此需要对整个系统进行综合设计。
1 总体方案设计系统总体方案设计如图1所示，由图像采集模块、数据处理模块、数据传输模块3部分组成。
图像采集模块采集模拟数据，并转化为数字图像数据传输给数据处理模块；数据处理模块接收图像数据，经处理后转存到缓冲芯片DDR2 SDRAM中，同时接收上位机下发命令，把数据实时上传；数据传输模块把数据上传到上位机软件进行图像显示，并负责上位机与FPGA之间的通信。
基于FPGA和USB3.0的高速视频图像采集处理系统设计
摘要随着机器视觉的广泛应用，以及工业4.0和“中国制造2025”的提出，在数字图像的采集、传输、处理等领域也提出了越来越高的要求。
传统的基于ISA接口、PCI接口、串行和并行等接口的图像采集卡已经不能满足人们对于高分辨率、实时性的图像采集的需求了。
一种基于FPGA和USB3.0高速接口，进行实时高速图像采集传输的研究越来越成为国内外在高速图像采集研究领域的一个新的热点。
针对高速传输和实时传输这两点要求，通过采用FPGA作为核心控制芯片与USB3.0高速接口协调工作的架构，实现高帧率、高分辨率、实时性的高速图像的采集和传输，并由上位机进行可视化操作和数据的保存。
整体系统采用先硬件后软件的设计方式进行设计，并对系统各模块进行了测试和仿真验证。
通过在FPGA 内部实现滤波和边缘检测等图像预处理操作，验证了FPGA独特的并行数据处理方式在信号及图像处理方面的巨大优势。
在系统硬件设计部分，采用OV5640传感器作为采集前端，选用Altera的Cyclone IV E系列FPGA作为系统控制芯片，由DDR2存储芯片进行数据缓存，采用Cypress公司的USB3.0集成型USB3.0芯片作为数据高速接口，完成了各模块的电路设计和采集卡PCB实物制作。
系统软件设计，主要分为FPGA逻辑程序部分、USB3.0固件程序部分和上位机应用软件部分。
通过在FPGA上搭建“软核”的方式，由Qsys系统完成OV5640的配置和初始化工作。
由GPIF II接口完成FPGA和FX3之间的数据通路。
通过编写状态机完成Slave FIFO的时序控制，在Eclipse中完成USB3.0固件程序的设计和开发。
上位机采用VS2013软件通过MFC方式设计，从而完成整体图像采集数据通路，并在上位机中显示和保存。
整体设计实现预期要求，各模块功能正常，USB3.0传输速度稳定在320MB/s，通过上位机保存至PC机硬盘的图像分辨率大小为1920*1080，与传感器寄存器设置一致，采集卡图像采集帧率为30fps，滤波及边缘检测预处理符合要求，采集系统具有实际应用价值和研究意义。
usb摄像头方案
USB摄像头方案1. 引言USB摄像头是一种广泛应用于计算机和移动设备的外设，可以进行实时拍照和视频录制功能。
本文档将介绍USB摄像头的硬件和软件方案，以及其应用场景和使用方法。
2. 硬件方案USB摄像头的硬件方案需要包括摄像头模组、USB接口、图像传感器、镜头等组成。
以下是一种常见的硬件方案：•摄像头模组：摄像头模组是核心部件，负责采集图像并转化为电信号。
常见的摄像头模组包括CMOS和CCD传感器，可以根据不同应用场景选择合适的模组。
•USB接口：USB接口是连接摄像头和计算机的通信接口，常见的USB接口包括USB 2.0和USB 3.0。
USB 3.0接口具有更高的传输速度和更稳定的数据传输，适用于高清视频录制。
•图像传感器：图像传感器是摄像头的核心部件，负责将光信号转化为电信号。
常见的图像传感器包括CMOS和CCD传感器，两者在感光效果和成本方面有所差异。
•镜头：镜头用于调整光线和焦距，影响图像的清晰度和视角。
根据不同应用场景可以选择不同类型的镜头。
3. 软件方案USB摄像头的软件方案包括驱动程序和应用程序。
•驱动程序：USB摄像头需要安装相应的驱动程序才能在计算机上正常工作。
驱动程序负责与操作系统进行通信，控制摄像头的功能，以及提供图像和视频数据的接口。
•应用程序：USB摄像头的应用程序通常提供实时预览、拍照、录制视频等功能。
应用程序可以使用操作系统提供的图像处理接口，实现图像增强、滤镜美化等特效。
4. 应用场景USB摄像头在许多应用场景中都有广泛应用，下面是一些常见的应用场景：•视频会议：USB摄像头可以实现高清视频会议，提供实时的视频通信和远程协作功能。
•监控系统：USB摄像头可以连接到计算机或网络视频录像机，用于监控和录制视频。
•在线教育：USB摄像头可以用于远程教学和在线培训，教师可以通过摄像头实时展示教学过程。
•视频直播：USB摄像头可以连接到计算机或移动设备，用于实时直播和视频分享。
基于USB3.0高速数据采集系统的研究与设计
主 函数是整个程序 的起 始 ． 到连接模块的作用 ． 多 起 将 个模块连接起来 ． 模块 之间多通过共享数据完成通信 。 在驱动程序开发方面 ． 我们选用 了 Ｎ Ｍｅａ 司提 ｕ ｇ公 供 的 Ｄｉ ｒ ｔｄ０ 为开发工具 ．简化 了驱 动程序 的 ｒ ｅ ｕ ｉ 作 ｖ Ｓ 开发工作 、缩短 开发周 期以及降低开发驱动程序 的难
在用户 应 用 程序 的 开发 方 面 ．我们 选用 了 Ｍ— ｉ ｃｏｏ ｉ ａ Ｓ ｄｏ６０作 为 开 发 工 具 ．通 过 相 关 的 ｒｓｆＶ ｓ ｌ ｔ ｉ ． ｌ ｕ ｕ
ＡＩ Ｐ 函数 与相关 的驱动程序传递数据 ． 进行实时采集。
Ｒｅ ｅ ｒｈ ａ ｄ Ｄｅ ｉｎ ｏ ｇ ｅ ｄ Ｄａ ａ Ａｃ ｕｓｔ ｎ Ｓ ｓｅ ｓ ａ ｃ ｎ ｓｇ ｆＨｉｈ Ｓｐ ｅ ｔ ｑ ｉｉｏ ｙ ｔ ｍ ｉ Ｂ ｓ ｄｏ ａ ｅ ｎ ＵＳＢ３ ０ ．
Ｕ Ｂ与 Ｐ Ｓ Ｃ之 间 的 传 输 存 储 ．完 成 与 Ｐ Ｃ的 Ｕ Ｂ通 信 Ｓ
Ｕ Ｂ ．数 据 采集 系统 的理 想 选 择 ．它 的 超 高 速 内核 和 Ｓ３ ０ 与 Ｕ Ｂ ． 容 的设 计 能 满 足 客 户 的需 求 虽 然 我 仃 受 Ｓ２ ０兼 】
实 验 条 件 的 限 制 采 用 了 低 速 的单 片 机 Ｃ８ ５ Ｆ ２ ． ０ １ ０ ０ 没
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usb3.0 hub方案
USB3.0 Hub方案概述USB（Universal Serial Bus，通用串行总线）是一种用于在计算机系统之间传输数据和供电的通用接口标准。
USB接口得到了广泛应用，如连接打印机、键盘、鼠标、摄像头、存储设备等。
随着需求的增加，USB集线器（Hub）变得不可或缺。
本文将介绍一种USB3.0集线器方案，以满足高速数据传输需求。
USB3.0技术概述USB3.0是USB接口的升级版本，提供更高的数据传输速度和更高的功率输出。
相对于USB2.0，USB3.0的主要改进有： - 更高的传输速度：USB3.0的传输速度最高可达到5 Gbit/s，比USB2.0的480 Mbit/s要快10倍。
- 增加带宽：USB3.0使用双向数据传输，在USB2.0的基础上新增了四条数据线，分别用于接收和发送数据。
- 更强大的供电能力：USB3.0接口提供更高的功率输出，最高可达到4.5 W。
USB3.0 Hub方案设计为了实现高速数据传输，USB3.0集线器需要具备以下关键特性： 1. 快速传输速度：支持USB3.0的5 Gbit/s传输速度。
2. 多口输出：提供多个USB接口，方便用户同时连接多个USB设备。
3. 适配器供电：为连接的USB设备提供稳定的电力。
4. 多系统兼容性：兼容与USB2.0和USB1.1设备的连接，并自动适配传输速度。
USB3.0集线器芯片选择选择一款适合的USB3.0集线器芯片对方案的成功至关重要。
以下是一些常见的USB3.0集线器芯片供参考： - 瑞萨电子（Renesas）的µPD720210：该芯片集成了USB3.0 Hub控制器和USB接口电路，支持4个USB3.0端口和电源管理功能。
- VIA Technologies的VL812：该芯片支持7个USB3.0端口，提供72 Mhz的内部晶振，并通过FIFO（先进先出）架构来提供高传输速度。
- Genesys Logic的GL3520：该芯片支持4个USB3.0端口，并具备多种保护功能，如过流保护、超过温度保护等。
usb高清摄像头方案
USB高清摄像头方案简介USB高清摄像头方案是一种基于USB接口的摄像头解决方案，可以通过USB接口连接到计算机或其他设备，提供高清图像和视频捕捉功能。
USB摄像头方案广泛应用于视频会议、在线教育、安防监控、电子游戏等领域。
本文将介绍USB高清摄像头方案的基本原理、硬件配置和软件开发要点，以帮助读者了解和使用USB高清摄像头方案。
基本原理USB高清摄像头方案的基本原理是通过摄像头模块采集图像数据，然后将数据传输到计算机或其他设备。
以下是USB高清摄像头方案的基本工作流程：1.摄像头采集图像数据：摄像头模块使用光学元件和图像传感器来采集环境中的图像数据。
摄像头模块通常包括镜头、光圈、快门等组件，用于实现对图像的调节和控制。
2.图像压缩和编码：采集到的图像数据通常比较庞大，需要进行压缩和编码以减小数据量。
常用的图像压缩和编码算法包括JPEG、H.264等。
B传输：压缩和编码后的图像数据通过USB接口传输到计算机或其他设备。
USB接口提供了高速数据传输能力，可以满足高清摄像头方案的数据传输需求。
4.数据解码和处理：计算机或其他设备接收到图像数据后，需要进行解码和处理。
解码将压缩和编码后的数据转换回原始图像数据，然后可以进行后续的图像处理和应用开发。
硬件配置USB高清摄像头方案的硬件配置包括摄像头模块、驱动电路和USB接口电路。
摄像头模块摄像头模块是实现图像采集功能的关键组件。
摄像头模块的选型应根据实际需求考虑分辨率、像素大小、光圈、焦距、帧率等参数。
常用的摄像头模块包括CMOS和CCD摄像头模块，其中CMOS摄像头模块具有低功耗、低成本和高速度的优势，被广泛应用于USB高清摄像头方案中。
驱动电路驱动电路用于控制和驱动摄像头模块。
驱动电路通常包括信号放大电路、滤波电路、时钟电路、电源管理电路等。
驱动电路的设计需要考虑摄像头模块的接口和特性，以确保良好的图像质量和稳定性。
USB接口电路USB接口电路用于将图像数据传输到计算机或其他设备。
基于USB3.0的高速数据传输电路的设计
基于USB3.0的高速数据传输电路的设计程龙;李锦明;杜东海;张少华【摘要】针对大容量数据记录器与外围计算机之间的数据通信时间长速度慢的问题,借助USB3.0接口良好的向后兼容性、易于使用性、可热插拔性、传输速度快等特点,设计了以FPGA为主控单元,DDR2 SDRAM作为高速大容量缓存,USB3.0接口作为与计算机进行数据通信接口的高速数据传输电路系统;采用外接I2C接口的EEPROM作为USB3.0接口芯片的启动方式;通过专用的线性稳压器为DDR2提供稳定的参考电压和吸收电流;最后详细介绍了USB3.0接口芯片的固件程序配置和FPGA控制模块的逻辑设计;实验测试结果表明,通过USB3.0接口该系统数据传输速度达到149.29M/s,且数据传输可靠.【期刊名称】《计算机测量与控制》【年(卷),期】2015(023)002【总页数】3页(P536-538)【关键词】USB3.0;DDR2 SDRAM;FPGA;高速数据传输【作者】程龙;李锦明;杜东海;张少华【作者单位】中北大学电子测试国家重点实验室,太原030051;中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室,太原030051;中北大学电子测试国家重点实验室,太原030051;中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室,太原030051;中北大学电子测试国家重点实验室,太原030051;中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室,太原030051;中北大学电子测试国家重点实验室,太原030051;中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室,太原030051【正文语种】中文【中图分类】TP3020 引言传统的数据传输采用RS－422接收数据、RS232向PC 机发送数据，随着时代的发展，现在需要存储的数据量多达几十个GB甚至上百GB，依靠传统的数据传输方式需要花费很长的时间，因此必须采用高性能的数据传输系统，才能有效提高数据的传输速率。
目前USB2.0 的理论传输速度可以达到480 Mbps，而USB3.0的理论传输速度最高可以达到5Gbps，有着很好的发展前景［1］。
基于USB3.0的高速数据传输技术的研究
前沿科技数码世界 P .6各组患者一般资料不具有统计学差异（P >0.05）。
1.2方法：用CBCT 和X 线作为对所有患者进行检查，设置为0.5mm 焦点，扫描时间为0.16～0.4s 为X 线检查。
CBCT 检查的时候设置74～77Kv 为电压伏数,5～7mA 为曝光电流范围，204度为扫描角度，指导患者头部固定，取站位。
当扫描程序结束后，对图像处理的时候要用相对应的图像处理软件来解决，对CBCT 检查X 线与对埋伏牙位置、牙槽骨缺损和牙齿折裂的诊断标准率进行观察和比较。
1.3统计学方法对数据进行处理的时候采用SPSS 21.0统计学软件，以百分数（%）、例数（n）作为统计资料表示。
差异有统计学意义P ＜0.05。
2 结果CBCT 和X 线分别对于55例患者进行检查，发现共有19例牙周炎和种植体周炎患者。
对于牙槽骨缺损测定准确X 线达到6例，准确率为56.67%。
CBCT 测定17例，标准率93.33%，（P ＜0.05）为差异有统计学意义。
10例埋伏牙患通过X 线检查从而为埋伏牙位置作出精确的判断6例，准确率达到72.22%；CBCT 能准确判断10例，100%准确率，（P ＜0.05）为差异有统计学意义。
11例牙齿折裂患者经过X 线检查判断5例，50.0%准确率，CBCT 准确判断11例，准确率达到91.67%，差异有统计学意义（P ＜0.05）。
3 讨论发病率对口腔疾病在临床较高，影响了患者社火质量和身心健康，通常采取根尖片与全景片对口腔内科疾病来进一步做诊断，其诊断效果十分高。
但是在牙齿牙髓病病例上，很容易产生影像重叠的现象，原因是根管和其他周期组织的三维信息没有任何方法明确，从而导致误诊或漏诊根裂的诊断情况发生在临床诊治过程中。
和传统的CT 做对比，口腔内科疾病诊断中CBCT 可以发挥出很强大的作用，其分辨率非常高，对于人体的辐射更少，带给患者的影响很小，对于病情进行分析时可以使用专用软件，可以在任何方向进行实施重建，精准地展现出扫描患者口腔范围各界面图，口腔病情可以更为立体的展现出。
USB3.0接口技术与电路设计研究
2.2 USB的数据流传输
主控制器负责主机和USB设备间数据流的传输。这些传输数据被当作连续的比特流。每个设备提供了一个或多个可以与客户程序通信的接口，每个接口由0个或多个管道组成，它们分别独立地在客户程序和设备的特定终端间传输数据。USBD为主机软件的现实需求建立了接口和管道，当提出配置请求时，主控制器根据主机软件提供的参数提供服务。
1、USB概述
由于多媒体技术的发展对外设与主机之间的数据传输率有了更高的需求，因此，USB总线技术应运而生。USB(Universal Serial Bus)翻译为中文就是通用串行总线，是由Conpaq、DEC、IBM、Inter、Microsoft、NEC和Northen Telecom等公司为简化PC与外设之间的互连而共同研究开发的一种免费的标准化连接器，它支持各种PC与外设之间的连接，还可实现数字多媒体集成。现在生产的PC几乎都配备了USB接口，Microsoft 的Windows98、NT以及MacOS、Linux、FreeBSD等流行操作系统都增加了对 USB的支持。
3、USB外设控制器的两种实现方式
USB芯片在外设领域的应用面很广。USB外设控制芯片通常包括USB收发器、串行接口引擎(SIE)、USB控制器和外设功能等四个模块(SIE 主要以硬件方式处理大多数USB协议，USB控制器负责与PC交互通信信息)。USB控制器一般有两种类型：一种是MCU集成在芯片里面的，如 Intel的8X930AX、CYPRESS的EZ-USB、SIEMENS的C541U以及 MOTOLORA、National Semiconductors等公司的产品;另一种就是纯粹的USB接口芯片，仅处理 USB通信，如PHILIPS的PDIUSBD11(I2C接口)、 PDIUSBP11A、PDIUSBD12(并行接口)，National Semiconductor的USBN9602、USBN9603、USBN9604等。
浅析基于Hi3519_的IPC_智能摄像机硬件系统设计
智能摄像机硬件系统设计图1 IPC智能摄像机系统框图有效预控措施，就会导致变电站的运行出现各类问题，甚至会对人身、设备和电网的安全造成威胁。
在实际工作中，运维人员应始终把安全放在首位，以精益求精的态度，把变电站运维管理工作开展到位，当好设备主人，把设备运维到最佳状态。
参考文献：张博,丁伟,李建华.变电站运维技术管理中危险点与预控措施分析[J].内蒙古煤炭经济,2021(05):118-119.戴飞,沈建强,沈伟.研究变电运维技术管理中危险点与预控措施[J].科技创新导报,2020,17(23):161－162+165．李鑫.关于变电运维管理中的危险点分析及预控措施探讨[J].学与信息化,2020(34):169+175．总线接口与图像传感器模块相连，实总线接口与DDR3内存相连，总线接口与SD卡和WIFI 模块相连，分别用于实现图像数据的保存和信号的网络总线接口与人工智能模块相连，用总线接口与语音控制模块相连，用于采集本地语音及进行远程音频数据的驱SPI芯片和电机驱动模块相连，分别用于加载系统初始化默认参数和驱动IPC 智能摄像机分别在水平和垂直方向转动。
智能摄像机系统的人工智能模块，主要用于目标识别、语音识别、图像检测等人工智能算法处理。
人所示，本系统选用比特大陆推出芯片作为人工智能模块工艺，是一款聚焦于边缘应用的深度学习推理人工智能芯片。
BM1880提供1Winograd卷积加速下，可以芯片集成有H.264解码（2编解码功能模块，并且支持多芯片平行运算拓展功能，可用于人工智能、机器视觉、图2 人工智能模块框图图像传感器模块图像传感器模块是IPC智能摄像机视频采集的重要部分，主要用来实现视频信号采集的功能，采集的视频信号由中央控制单元进行视频编码压缩处理。
图像传感器芯片上面放置合适的光学镜头后，在图像传感器正常加电后即可将光信号转换为电信号存储在中央控制单元的缓存中，可用于后续电路的处理。
本系统的图像传感器模块选用上海韦尔半导体股份有限公司的OV4689 CMOS图像传感器作为主芯片。
基于USB3.0的GPP软件无线电系统的硬件平台设计
关 键 词 ：Ｕ Ｓ Ｂ ３ ． ０； 软件无线 电； ＷＣ ＤＭＡ
中 图 分 类 号 ：Ｔ Ｎ ９ １ ９ ；Ｔ Ｐ ２ ７ ４ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：０ ２ ５ ８ — ７ ９ ９ ８ ｆ ２ ０ １ ３ ） ０ ２ — ０ １ ０ ３ — ０ ４
ＤＤＲＩ Ｉ ｉ ｍｐ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ｔ ｈ ｅ ｂ ａ ｓ ｅ ｂ ａ ｎ ｄ ｄ ａ ｔ ａ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｍｉ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｗ ＣＤＭＡ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｑ ｕ ｉ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ｈ ｉ ｇ ｈ ｔ ｈ ｒ ｏ ｕ ｇ ｈ ｐ ｕ ｔ ａ ｎ ｄ ｌ ｏ ｗ ｌ ａ ｔ ｅ ｎ ｃ ｙ Ａｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ｇ
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机器视觉采用USB 3
机器视觉采用USB 3.0鉴于图像传感器分辨率和帧速率的提高以及市场对高清影像需求的增长，目前机器视觉面临的瓶颈就是更高的带宽需求。
当前系统只能在图像质量和压缩比之间进行折中。
更高的压缩比会限制机器视觉系统的精确度和性能。
USB 3.0的带宽达到5.0 Gbps，相对于当前使用的接口如USB 2.0、IEEE 1394b、GigE和Camera Link等有所提升。
更高的带宽能帮助设计人员提高图像分辨率和帧率，同时保证图像质量。
设计人员无需压缩，能采用更小型的FPGA并减少系统所需的存储器数量，这有助于降低BOM成本，缩减PCB面积，降低功耗。
近期，全球领先的机器视觉行业展会VISION迎来25周年庆典，共吸引来自全球32个国家的372家参展商，数量达到新高。
机器视觉产业受益于图像感应器的持续改进，被日益推广用于工业、医疗、监控、科学和制造应用等领域。
机器视觉摄像头所采用的现有接口标准(GigE、IEEE 1394b和Camera Link)分别支持独特的功能，但这些接口标准要权衡带宽、封装、成本和功耗等各方面的要求，难以做到一劳永逸。
计算和消费类产品市场中最常见的通用接口标准USB 2.0虽然在机器视觉市场占一席之地，但在带宽方面仍无法赶上其它接口标准。
而USB 3.0的到来改变了这一切。
本文将探讨机器视觉应用中采用USB 3.0的优势，并分析构建USB 3.0摄像头的关键设计考虑事项。
USB 3.0的优势* 1. 其带宽超过USB 2.0、IEEE 1394b和GigE* 2. 用一根线缆传输电力和数据* 3. 实施成本低于Camera Link* 4. 即插即用，且比GigE更易于设置* 5. 已作为USB3 Vision标准被国际自动成像协会(AIA)采用提高带宽设计人员目前在机器视觉领域面临的一大挑战就是：如何跟上高分辨率和高帧率图像感应器所带来的不断增长的数据速率要求。
设计人员竭尽全力在接口标准所能提供的带宽范围内满足所需的帧大小和帧率要求。
视频监控系统解决方案
第一章项目概述 (2)1.1。
项目概况 (2)1。
2。
.......................................................................................................................... 设计原则21。
3.设计依据 (2)1.4.建设目标 (3)第二章系统总体设计 (4)2。
1.设计思路 (4)2.2。
系统定位 (5)2.3.系统组成 (5)2。
4。
...................................................................................................................... 拓扑结构图6第三章系统详细设计 (7)3.1。
前端子系统 (7)3。
1。
1监控点分布 (7)3.1。
2高清红外网络筒型摄像机 (7)3。
2.存储子系统 (9)3.2.1网络硬盘录像机 (9)3.2.2存储空间的计算 (11)3.3。
现实控制显示 (11)第一章项目概述1.1.项目概况从模拟到网络、从标清到高清,随着安防监控技术的不断发展,用户对监控系统的要求越来越高。
目前为了解决监控视频系统的视频图像分辨率低、存储可靠性差、视频上墙显示复杂及系统管理性差等方面的问题,海康威视从系统的先进性、可靠性、实用性等方面出发，推出一套集前端采集、后端存储、上墙显示及应用管理于一体的网络高清视频监控系统标准化解决方案1.2.设计原则厂区视频监控系统的设计严格遵守以下原则:先进性：本监控系统采用国际上技术先进、性能优良、工作稳定的监控设备，使整个系统的应用在相当长的一段时间内保持领先的水平.可靠性：系统的可靠性原则应贯穿于系统设计、设备选型、软硬件配置到系统施工的全过程。
只有可靠的系统，才能发挥有效的作用。
方便性：监控系统的操作应具有灵活简便,人机界面友好，易于掌握的特点,操作人员能够方便物进行使用及维护，使整个系统的功能得以最大实现。
高清HDMI转USB3.0音视频采集卡LCC380
LCC380产品介绍LCC380是灵卡技术研发的⼀款4K60HDMI输入与环出的音视频采集卡。
其HDMI输入最高支持3840x2860@60fps的视频，并支持同源同质环出，输出接口采用USB3.0，兼容USB2.0，可输出一路MJPEG或者YUV视频流，加一路PCM音频流，还支持一路耳麦音频输入和一路混音输出。
本产品采用先进的音频处理方案，针对游戏直播或者视频会议等应用，提供了灵活的音频输入输出接口，支持Line in，耳麦和HDMI 音源三路混音，从Speaker或USB接口输出；支持无编码YUV视频格式传输，数据无压缩，画质优秀，非常适用于OBS等直播和会议软件。
此外，非常重要的是，无论是MJPEG编码或者YUV视频数据，其码流传输均遵从UVC协议，而音频码流传输则遵从UAC协议，使得LCC380可以在Windows/Linux/Mac OS等操作系统设备上免驱动运行，即插即用。
主要特点◆HDMI输入，支持4K60输入，同源环出◆USB3.0接口，兼容USB2.0接口◆支持多路混音功能(HDMI音频+Line in+Mic in)◆支持本地Speaker输出◆即插即用，免驱动◆支持一路视频流输出，MJPEG或YUV◆支持一路音频流输出，PCM应用场景游戏直播，视频会议，安防监控，医疗影像，高清视频采集卡等产品型号LCC380性能参数HDMI输入接口HDMI Type A接头（4K60）HDMI环出接口HDMI Type A接头（4K60）USB接口USB3.0Line in接口 3.5mmMic in接口 3.5mm Speaker接口 3.5mm图像输出协议UVC(免驱动）声⾳输出协议UAC(免驱动）支持操作系统Windows，Linux，Mac OS 产品尺寸80x80x15mm LED灯电源指示灯/信号状态指示灯电气参数供电电压 5.0V 供电电流/功耗/工作环境工作温度0~45℃存储温度-20~60℃相对湿度5%~90%HDMI输入参数支持分辨率最高4K60USB输出参数MJPEG输出分辨率最高1080P60 YUV输出分辨率最高1080P60音频输出PCM产品外壳尺寸。
基于FT600的USB3．0接口设计
第３３卷㊀第１期２０１８年１月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀液晶与显示㊀㊀㊀C h i n e s e J o u r n a l o fL i q u i dC r y s t a l s a n dD i s p l a ys ㊀㊀㊀㊀㊀V o l ．３３㊀N o ．１㊀J a n ．２０１８㊀㊀收稿日期:２０１７Ｇ０７Ｇ１８;修订日期:２０１７Ｇ０９Ｇ２６．㊀㊀基金项目:国家自然科学基金资助项目(N o ．１１６０３０２４)S u p p o r t e db y Na t i o n a lN a t u r a l S c i e n c eF o u n d a t i o no fC h i n a (N o ．１１６０３０２４)㊀㊀∗通信联系人,E Ｇm a i l :z h a o j y ＠c i o m p．a c ．c n 文章编号:１００７Ｇ２７８０(２０１８)０１Ｇ００６１Ｇ０６基于F T ６００的U S B ３．０接口设计陈㊀涛１,２,赵金宇１∗,贾建禄１(１．中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春１３００３３;２．中国科学院大学,北京１０００４９)摘要:为了简化相机调试系统,降低调试成本,设计了基于F T D I 公司的F T ６００芯片的U S B ３．０接口.首先,对C a m e r a L i n k 接口相机调试的复杂性和U S B ３．０接口调试的优势做了简要介绍,接着,对整个接口的硬件电路设计过程进行了说明,根据相应的数据手册,完成了对F T ６００芯片外围电路及控制芯片,现场可编程门阵列(F P G A )外围电路的设计.最后,用V e r i l o g 硬件描述语言(V e r i l o g H D L )对F P G A 内部完成编程,并通过F T D I 公司提供的上位机程序对所设计的接口进行了测试.测试结果表明,该U S B ３．０接口电路能够通过上位机软件对工作模式进行设置,并能以２００M B /s 左右的速率对数据进行传输.能够满足相机调试时的需求,达到简化调试系统的目的.关㊀键㊀词:U S B ３．０;F P G A ;F T ６００中图分类号:T N ９１１．７３㊀㊀文献标识码:A㊀㊀d o i :１０．３７８８/Y J Y X S ２０１８３３０１．００６１D e s i gno fU S B ３．０i n t e r f a c e b a s e d o nF T ６００C H E N T a o １,２,Z H A OJ i n Ｇyu １∗,J I AJ i a n Ｇl u １(１．C h a n g c h u nI n s t i t u t e o f O p t i c s ,F i n eM e c h a n i c s a n dP h ys i c s ,C h i n e s eA c a d e m y o f S c i e n c e s ,C h a n gc h u n １３００３３,C h i n a ;２．U n i v e r s i t y o f C h i n e s eA c ade m y of S c i e n c e s ,B e i j i ng １０００４９,C h i n a )A b s t r a c t :I no r d e r t o s i m p l i f y t h e s y s t e mf o r c a m e r a t e s t i n g an d r e d u c e t h e c o s t ,a nU S B ３．０i n t e r f a c e b a s e do nF T ６００o f F T D I C o m p a n y i s d e s i g n e d ．F i r s t ,a b r i e f i n t r o d u c t i o n o f t h e c o m p l e x i t y f o r t e s t i n gt h e c a m e r aw i t hC a m e r a l i n k i n t e r f a c e a n d t h e a d v a n t a g e f o r u s i n g US B ３．０i n t e r f a c e i s p r e s e n t e d ．T h e n a n e x p l a n a t i o n f o r c i r c u i t d e s i g no f t h e i n t e r f a c e i s s h o w e d ,a n d a c c o r d i n g t o t h e d a t a s h e e t ,t h e c i r c u i t d e s i g no f t h eF T ６００a n d t h eF P G Ai s a c c o m p l i s h e d ．F i n a l l y ,t h eF P G Ai s p r o g r a mm e db y u s i n g t h e V e r i l o g H D La n d t h eU S B ３．０i n t e r f a c e i s t e s t e db y u s i n g t h e s o f t w a r e p r o v i d e db y t h eF T D I ．E x pe r i Ｇm e n t a l r e s u l t s i n d i c a t et h a t t h ew o r k m o d eof t h e U S B ３．０i n t e r f a c ec a nb ec o n f ig u r e da c c o r d i n g to s o f t w a r e ,a n d t h e i n t e r f a c e c a n t r a n s f e r t h e d a t a a t ２００M b y t e /s ．I t c a n s a t i s f y t h e c a m e r a t e s t r e q u i r e Ｇm e n t s a n d s i m p l i f y t h e s y s t e mf o r t e s t i n g ．K e y wo r d s :U S B ３．０;F P G A ;F T ６００. All Rights Reserved.１㊀引㊀㊀言㊀㊀目前相机的主流接口为C a m e r aL i n k接口和U S B３．０接口,在C a m e r aL i n k相机的使用过程中,需要配备专业的图像采集卡㊁专业C a m e r aL i n k电缆和携带P C I E卡槽的P C.这导致相机调试系统变得复杂㊁体积庞大㊁成本高昂且相应的组件选择有限.而U S B３．０以其布线经济㊁安装简单㊁高达５００M B/s的带宽㊁可支持热插拔㊁与更多计算平台之间存在兼容性等特点备受用户喜爱[１].通过调研,我们发现目前的U S B３．０接口的设计都是基于C Y P R E S S公司的C Y U S B３０１４芯片完成的,C Y U S B３０１４芯片由于内部集成了A R M９内核,虽然功能较为全面,但也造成了整体结构较为复杂,后期的开发难度高的缺点,同时C Y U S B３０１４芯片采用B G A封装,布线难度高,在P C B(P r i n t e dC i r c u i t B o a r d,印刷电路板)布线阶段会增加很多过孔,降低信号质量[２Ｇ４].本设计采用F T D I公司的F T６００芯片作为U S B３．０与F I F O的桥接芯片,在性能上能够满足绝大部分应用场合的需求.且该芯片采用Q F NＧ５６封装,在P C B布线阶段不会增加过孔数量,在保持信号质量的同时,能够显著降低布线难度.本文采用F T６００芯片,以X i l i n x公司的V i r t e x５系列现场可编程门阵列(F i e l dＧP r o g r a mm a b l eG a t eA r r a y, F P G A)作为主控芯片,实现了U S B３．０接口的设计.测试表明该设计具有良好的传输性能,同时该设计后续能够进行扩展,实现对C a m e r aL i n k 等接口的转换,达到简化相机调试系统的目的.２㊀硬件电路设计本系统采用X i l i n x公司的V i r t e x５系列F P G A作为主控芯片,对F T６００芯片进行控制,实现与P C之间的通信.本系统的硬件电路主要分为F T６００芯片外围电路设计和F P G A控制电路设计两部分.２．１㊀U S B３．０接口电路U S B３．０也被称为S u p e rＧS p e e d U S B,是新一代 即插即用 通用串行总线规范,它以U S B ２ ０的优势为基础,同时也纠正了其弱点[５].当使用B u l k端点传送方法时,U S B３．０可提供约４００M B/s的有效可用带宽,大约是U S B２．０的１０倍,是I E E E１３９４b(F i r e W i r eＧb)带宽的５倍. U S B３．０还能够为所连接的设备提供更大的供电能力:９００m A(U S B２．０为５００m A),可实现在没有外接电源的情况下操作许多设备.同时,电源管理也得到了改善.U S B３．０允许设备从不同的待机模式转入挂起模式,从而节省大量能源.本设计中采用的U S B３．０接口控制芯片为F T D I(F u t u r eT e c h n o l o g y D e v i c e sI n t e r n a t i o n a l L t d)公司的F T６００芯片.这款芯片是U S B３．０与F I F O的桥接芯片,内置１６K bF I F O数据缓存R AM,兼容U S B３．０和U S B２ ０接口,同时支持两种并行从F I F O总线通信协议: 多通道F I F O 总线协议和 ２４５同步F I F O 总线协议,具有１６位并行F I F O总线接口,能够满足绝大部分的应用需求.F T６００芯片结构示意图如图１所示,整个U S B３．０接口电路原理图如图２所示[６].图１㊀F T６００芯片结构示意图F i g．１㊀B l o c kd i a g r a mo fF T６００图２㊀F T６００外围电路原理图F i g．２㊀S c h e m a t i c o fF T６００２．２㊀F P G A控制电路作为本系统的主控芯片,本设计中采用了２６㊀㊀㊀㊀液晶与显示㊀㊀㊀㊀㊀㊀第３３卷㊀. All Rights Reserved.X i l i n x公司的V i r t e x５系列的X C５V L X３０T芯片,该芯片采用F F３２３封装,提供１７２个用户可编程I/O,共６个b a n k,完全满足系统需要[７].F PG A为其他芯片提供了数据缓存中转以及控制驱动信号,使得系统可以仅由F P G A及其配置芯片㊁U S B３．０控制芯片等几个主要芯片以及一些供电电路组成,极大地简化了板级电路设计.F PG A控制电路部分主要包括F P G A配置电路和电源电路.２．２．１㊀配置电路由于F P G A大多采用S R AM工艺,断电之后所有内部的数据都无法保存,如果每次上电都重新从电脑上烧写程序势必会带来很大的不便,因此需要为F P G A专门配备一个用来装载程序的非易失性存储器,以便在系统上电时能快速向F P G A导入配置比特流.本设计将X i l i n x公司的X C F１６P与F P G A搭配使用,该芯片采用１．８V供电,最大可存储１６M b i t程序,与F P G A之间可以实现高达３３MH z的串行或并行配置[８Ｇ１０].本设计采用最常用的主串模式和J T A G模式相结合,调试阶段通过J T A G在线配置F P G A,调试完成后以主串模式将配置比特流下载到X C F１６P中,实现系统的脱机工作.２．２．２㊀电源电路F PG A芯片工作时需要提供内核电压V c c i n t㊁辅助电压V c c a u x以及输出驱动电压V c c o.具体到本设计所选的V i r t e xＧ５系列芯片,内核电压为＋１．０V,辅助电压为＋２．５V,V c c o则根据各b a n k所连接的电平标准而各不相同[１１Ｇ１２].由于U S B３．０接口芯片F T６００内部集成了L D O１．０V稳压器,且该芯片I/O模块的供电电压支持＋１．８/＋２．５/＋３．３V三种电平,为了方便,统一选取＋３．３V 为V c c o和F T６００芯片供电[６].另一方面,P R O M芯片X C F１６P需要１．８V的供电电压.因此,还需要提供＋１．８V电压,为X C F１６P芯片进行供电.３㊀系统软件设计整个系统的数据传输过程如图３所示.P C端经过U S B３．０接口传入F I F O的数据存储在F I F OR X缓存区中,通过F P G A发送R D_N 命令,从缓存区中读出这些数据;通过F P G A发送WR_N命令写入F I F O的数据存储在F I FO图３㊀数据传输过程示意图F i g．３㊀B l o c kd i a g r a mo f d a t a t r a n s f e rT X缓存区中,P C端通过发送数据请求信号,从缓存区中读出数据.在２４５同步F I F O模式下, R XF I F O和T XF I F O的大小均为４K Bˑ２.在数据传输过程中,C L K信号是输出到F P G A控制器的并行F I F O时钟输出信号,其频率可以配置成６６MH z或１００MH z;R X F_N信号是接收F I F O满输出信号,该信号表示接收F I F O至少有１字节能够被读出,当该信号为０时,只能对F I F O进行读操作;同理,T X E_N信号是发送F I F O空输出信号,该信号表示发送F I F O至少还有１字节的空间能够被写入,当该信号为０时,只能对F I F O进行写操作.B E[１ʒ０]是并行F I F O 总线字节使能信号,高电平有效,信号O E_N引脚是数据输出使能信号,低电平有效.F PG A逻辑设计主要包括I/O控制模块㊁有限状态机模块㊁单口R AM控制模块.I/O控制模块实现外部端口与内部模块之间信号的连接,同时控制双向I O口,D A T A和B E 的方向;有限状态机模块控制F P G A内部S R AM (主F I F O)的所有操作,实现其与F T６００芯片内部F I F O(从F I F O)的数据传输过程;F I F O控制模块控制内部F I F O的读写操作;８Kˑ１６S R AM 为单端口S R AM,通过调用X i l i n xI S EI P核生成,大小为８K,读写的数据宽度都为１６位.I/O控制模块主要实现外部端口与内部模块之间信号的连接,功能较为简单,在此不作详述.我们重点讨论有限状态机模块和S R AM模块的设计.３．１㊀有限状态机模块有限状态机模块主要实现S R AM读写状态的转换,其状态转换过程如图４所示.在状态转换过程中,R X F_N和T X E_N信号是从F I F O的输入信号,用来指示F T６００芯片中从F I F O的状态,R X F_N信号是接收F I F O满输出信号,该信号表示接收F I F O至少有１字节能够被读出,当该信号为０时,只能对接收F I F O进行读操作;同理,T X E_N信号是发送F I F O空输３６第１期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀陈㊀涛,等:基于F T６００的U S B３．０接口设计. All Rights Reserved.图４㊀有限状态机状态转换示意图F i g．４㊀B l o c kd i a g r a mo fF S M(F i n i t e s t a t em a c h i n e)出信号,该信号表示发送F I F O至少还有１字节的空间能够被写入,当该信号为０时,只能对发送F I F O进行写操作.B U F_F U L和B U F_E M P信号是F PG A内部S R AM的状态指示信号,当B U F_F U L信号为１时,表示内部S R AM满,同理,B U F_E M P为１时,表示内部S R MA状态为空.系统复位时,状态机处于I D L E状态,此时,若R X F_N信号为０,且B U F_F U L信号也为０时,F P G A将对F T６００芯片的接收F I F O进行读操作,状态机转入M A S T E R_R D状态.在M A S T E R_R D状态下,倘若满足R X F_N为１,或B U F_F U L为１,状态机将转入M I D D L E状态,否则继续停留在MA S T E R_R D状态,继续对接收F I F O进行读操作;当状态机处于M I D D L E状态时,需要对T X E_N信号和B U F_E M P信号的状态进行判断,倘若T X E_N信号为０且B U F_E M P信号也为０时,状态机将进入MA S T E R_WR状态,对F T６００芯片的发送F I F O进行写操作.否则状态机将跳转至I D L E状态;在MA S T E R_WR 状态下,将对T X E_N信号和B U F_E M P信号的状态进行检测,如果T X E_N为１或者B U F_E M P信号为１,则状态机的状态回到I D L E状态,否则保持在MA S T E R_WR状态,继续对发送F I F O进行写操作.３．２㊀单口R AM控制模块内嵌的块R AM是F P G A内部的重要资源,它使得F P G A的使用更加方便,应用更加广泛.本系统采用X i l i n xV i r t e x５系列的X C５V L X３０TＧF F G３２３芯片,内部有１２９６K b的块R AM容量,这些块R AM的访问速度快,不占用额外的逻辑资源.可利用F P G A开发工具通过配置实现单口或双口R AM㊁R OM㊁F I F O等.本系统采用单口R AM.根据系统的需要,单口R AM读写的数据宽度都设为１６位,深度为８１９２,大小为１６K B.利用单口R AM可以实现数据在F P G A内部的缓存,方便外部设备通过U S B３．０接口与P C进行数据交换.４㊀测试过程利用X i l i n x公司的I S E集成开发环境,对编写的F P G A控制代码进行综合㊁实现之后,我们能够生成比特流文件,利用I S E自带的i M P A C T 调试工具,通过J T A G接口,将比特流文件烧入F P G A,完成对F P G A的编程工作[１３].通过U S B３．０连接线将电路与P C相连,通过F T D I公司的F T６０X C h i p C o n f i g u r a t i o n P r aＧg r a mm e r软件对F T６００芯片进行配置.图５是对F T６００芯片进行配置的图片,图中可以看出,能够对芯片的F I F O时钟㊁通道数量以及工作模式进行设置,以使其满足不同的传输需求.本设计中设置F I F O时钟为１００MH z,工作模式为２４５模式,通道数量为１[１４].图５㊀芯片配置示意图F i g．５㊀B l o c kd i a g r a mo f c o n f i g u r a t i o no fF T６００在完成对芯片的配置之后,通过F T D I公司提供的上位机程序示例,对所设计的电路性能进行了测试[１５].图６是进行压力测试的结果.从图中可以看出,将需要传输的字节长度设为随机值,系统能够有效地完成这些随机长度的数据的发送和接收任务.并且由于每个时钟周４６㊀㊀㊀㊀液晶与显示㊀㊀㊀㊀㊀㊀第３３卷㊀. All Rights Reserved.图６㊀压力测试结果图F i g．６㊀R e s u l t o f s t r e s s t e s t 期,传输的数据位数为１６位,即２B y t e ,数据传输时钟频率为１００MH z ,因此能够计算出系统的数据传输速度约为２００M B /s ,能够满足大多数场合的数据传输任务.５㊀结㊀论测试表明,基于F T ６００芯片所设计的U S B ３ ０接口电路能够按照需求进行相应的配置,并能以２００M B /s 左右的速度对数据进行传输,能够满足大多数场合的数据传输任务.同时F P G A 芯片具有高灵活性㊁快速的定制性㊁较强的通用性和扩展性,有利于后续进行相应的功能扩展,在需要时能够完成对其他接口,如C a m e r aL i n k 等的转换,使其转换为更加通用常见的U S B ３．０接口,达到简化调试系统的目的.参㊀考㊀文㊀献:[１]㊀D o m i n i kL a p p e n k üpe r ．U S B３．０可以替代C a m e r aL i n k Ｇ转换相机接口的主要因素[E B /O L ]．(２０１６Ｇ１２)[２０１７Ｇ０６Ｇ０５]．h t t p s ://w w w．b a s l e r w e b ．c o m /c n /s u p p o r t /d o w n l o a d s /d o c u m e n t Ｇd o w n l o a d s /w h i t e Ｇp a p e r Ｇu s b ３Ｇ０Ｇi n s t e a d Ｇof Ｇc a m Ｇe r a Ｇl i n k/．D o m i n i kL a p p e n k üp e r ．U S B３．０a s a n a l t e r n a t i v e t o c a m e r a l i n k Ｇk e y f a c t o r sw h e n s w i t c h i n g ca m e r a i n t e r f a c e s [E B /O L ]．(２０１６Ｇ１２)[２０１７Ｇ０６Ｇ０５]．h t t p s ://w w w．b a s l e r w e b ．c o m /c n /s u p po r t /d o w n l o a d s /d o c u m e n t Ｇd o w n l o a d s /w h i t e Ｇp a pe r Ｇu s b ３Ｇ０Ｇi n s t e a d Ｇof Ｇc a m e r a Ｇl i n k /．(i nC h i n e s e )[２]㊀赵慧洁,刘小康,张颖．声光可调谐滤波成像光谱仪的C C D 成像电子学系统[J ]．光学精密工程,２０１３,２１(５):１２９１Ｇ１２９６．Z HA O HJ ,L I U XK ,Z HA N GY．C C D i m a g i n g e l e c t r i c a l s y s t e mo fA O T F i m a g i n g s p e c t r o m e t e r [J ]．O pt i c s a n d P r e c i s i o nE n g i n e e r i n g ,２０１３,２１(５):１２９１Ｇ１２９６．(i nC h i n e s e )[３]㊀贾建禄,王建立,郭爽,等．基于C a m e r aL i n k 的高速图像采集处理器[J ]．液晶与显示,２０１０,２５(６):９１４Ｇ９１８．J I AJL ,WA N GJL ,G U OS ,e t a l ．H i g hs p e e d i m a ge g r a b b e r a n d p r o c e s s o rb a s e do nc a m e r a l i n k [J ]．C h i n e s e J o u r n a l of L i q u i dC r y s t a l s a n dD i s p l a ys ,２０１０,２５(６):９１４Ｇ９１８．(i nC h i n e s e )[４]㊀余达,郭永飞,周怀得,等．面阵C C D K A I Ｇ０３４０D M 高速相机的设计[J ]．光学精密工程,２０１１,１９(１１):２７９１Ｇ２７９９．Y U D ,G U O YF ,Z HO U H D ,e t a l ．D e s i g no f h i g h s p e e d c a m e r a s y s t e m w i t h a r e a ＧC C DK A I Ｇ０３４０D M [J ]．O pＧt i c s a n dP r e c i s i o nE n g i n e e r i n g ,２０１１,１９(１１):２７９１Ｇ２７９９．(i nC h i n e s e )[５]㊀韩力,王世赞,王军,等．多传感器动态参数实时采集与存储方法研究[J ]．液晶与显示,２０１７,３２(５):３７２Ｇ３７９．HA NL ,WA N GSZ ,WA N GJ ,e t a l ．R e a l Ｇt i m e c o l l e c t i o na n ds t o r a g eo fm u l t i Ｇs e n s o rd yn a m i c p a r a m e t e r s [J ]．C h i n e s eJ o u r n a l o f L i q u i dC r y s t a l s a n dD i s p l a ys ,２０１７,３２(５):３７２Ｇ３７９．(i nC h i n e s e )[６]㊀F T D I ．D S _F T ６００Q ＧF T ６０１QI CD a t a s h e e t (V e r s i o n１．０４)[E B /O L ]．(２０１６Ｇ１０Ｇ１７)[２０１７Ｇ０６Ｇ０５]．h t t p ://w w w．f t Ｇd i c h i p ．c o m /S u p p o r t /D o c u m e n t s /D a t a S h e e t s /I C s /D S _F T ６００Q ＧF T ６０１Q％２０I C ％２０D a t a s h e e t ．pd f ．[７]㊀X i l i n x ．D S １００ＧV i r te x Ｇ５f a m i l y o v e r v i e w (v e r５．１)[E B /O L ]．(２０１５Ｇ０８Ｇ２１)[２０１７Ｇ０６Ｇ０５]．h t t p s ://w w w．x i l i n x ．c o m /s u p p o r t /d o c u m e n t a t i o n /d a t a _s h e e t s /d s １００．pd f ．[８]㊀X i l i n x ．U G １９１ＧV i r te x Ｇ５F P G Ac o nf ig u r a t i o nu s e r g u i d e (v e r ３．１２)[E B /O L ]．(２０１７Ｇ０５Ｇ０８)[２０１７Ｇ０６Ｇ０５]．h t t p s ://w w w．xi l i n x ．c o m /s u p p o r t /d o c u m e n t a t i o n /u s e r _g u i d e s /u g １９１．p d f ．[９]㊀X i l i n x ．U G １６１ＧP l a t f o r mf l a s hP r o m U s e rG u i d e (V e r １．５)[E B /O L ]．(２００９Ｇ１０Ｇ２６)[２０１７Ｇ０６Ｇ０５]．h t t ps ://w w w．５６第１期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀陈㊀涛,等:基于F T ６００的U S B ３．０接口设计. All Rights Reserved.６６㊀㊀㊀㊀液晶与显示㊀㊀㊀㊀㊀㊀第３３卷㊀x i l i n x．c o m/s u p p o r t/d o c u m e n t a t i o n/u s e r_g u i d e s/u g１６１．p d f．[１０]㊀X i l i n x．D S１２３ＧP l a t f o r m f l a s hi nＧs y s t e m p r o g r a mm a b l ec o n f i g u r a t i o n P R OM sd a t as h e e t(v e r２．１９)[E B/O L]．(２０１６Ｇ０６Ｇ０６)[２０１７Ｇ０６Ｇ０５]．h t t p s://w w w．x i l i n x．c o m/s u p p o r t/d o c u m e n t a t i o n/d a t a_s h e e t s/d s１２３．p d f．[１１]㊀X i l i n x．D S２０２ＧV i r t e xＧ５F P G A d a t as h e e t:D Ca n ds w i t c h i n g c h a r a c t e r i s t i c s(v e r５．５)[E B/O L]．(２０１６Ｇ０６Ｇ１７) [２０１７Ｇ０６Ｇ０５]．h t t p s://w w w．x i l i n x．c o m/s u p p o r t/d o c u m e n t a t i o n/d a t a_s h e e t s/d s２０２．p d f．[１２]㊀X i l i n x．U G１９５ＧV i r t e xＧ５F P G A p a c k a g i n g a n d p i n o u t s p e c i f i c a t i o n(v e r４．８．１)[E B/O L]．(２０１２Ｇ０６Ｇ１４)[２０１７Ｇ０６Ｇ０５]．h t t p s://w w w．x i l i n x．c o m/s u p p o r t/d o c u m e n t a t i o n/u s e r_g u i d e s/u g１９５．p d f．[１３]㊀X i l i n x．A N_３７６X i l i n xF P G AF I F O m a s t e r p r o g r a mm i n gg u i d e(V e r s i o n１．０)[E B/O L]．(２０１５Ｇ０９Ｇ０３)[２０１７Ｇ０６Ｇ０５]．h t t p://w w w．f t d i c h i p．c o m/S u p p o r t/D o c u m e n t s/A p p N o t e s/A N_３７６％２０X i l i n x％２０F P G A％２０F I F O％２０m a s t e r％２０P r o g r a mm i n g％２０G u i d e．p d f．[１４]㊀F T D I．A N_３７０F T６００c o n f i g u r a t i o n p r o g r a mm e r u s e r g u i d e(V e r s i o n１．３)[E B/O L]．(２０１６Ｇ０７Ｇ０７)[２０１７Ｇ０６Ｇ０５]．h t t p://w w w．f t d i c h i p．c o m/S u p p o r t/D o c u m e n t s/A p p N o t e s/A N_３７０％２０F T６００％２０C o n f i g u r a t i o n％２０P r o g r a mm e r％２０U s e r％２０G u i d e．p d f．[１５]㊀F T D I．A N_３７５F T６００d a t a l o o p b a c ka p p l i c a t i o nu s e r g u i d e(V e r s i o n１．０)[E B/O L]．(２０１５Ｇ０９Ｇ０３)[２０１７Ｇ０６Ｇ０５]．h t t p://w w w．f t d i c h i p．c o m/S u p p o r t/D o c u m e n t s/A p p N o t e s/A N_３７５％２０F T６００％２０D a t a％２０L o o p b a c k％２０A p p l i c a t i o n％２０U s e r％２０G u i d e．p d f．作者简介:陈涛(１９９３－),男,重庆荣昌人,硕士研究生,２０１５年于吉林大学获得学士学位,主要从事F P G A的硬件开发与设计.EＧm a i l:c h e n t a o１９９３０１０７＠１６３．c o m赵金宇(１９７６－),男,内蒙通辽人,研究员,２００６年于中科院长春光学精密机械与物理研究所获得博士学位,主要从事地基大口径光电设备研制和空间目标探测领域技术研究.EＧm a i l:z h a o j y＠c i o m p．a c．c n. 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PET系统中基于USB3.0的高速数据传输
高速电路的要求 ， Ａ Ｄ ９ ２ ６ ９的模拟输入、 数字时 钟输入 、 数字时钟输 出、 数据 同步时钟、 数字输
高速数据传输 。
１ Ｕ Ｓ Ｂ ３ ． ０数据传输 系统原理
Ｐ Ｅ Ｔ系统探测器输出的核脉冲信号为模拟
信号 ， 该 信号 经高 速 Ａ Ｄ Ｃ采样 后 转换 为 数字 信 号， 将这 些数 字 信 号送 至 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ中， 再由Ｆ Ｐ Ｇ Ａ
Ｔ ｏ ｍ ｏ ｇ ｒ ａ ｐ ｈ ｙ ， Ｐ Ｅ Ｔ ） 系统 中 ， 核谱 数据 的高速传 输 是研 发 过 程 中 的重 要 环节 之一 ， 其 数 据 传 输 速率将直接影响核谱成像系统的性能。本文针 对Ｐ Ｅ Ｔ探测器快速脉 冲信号 的高速传输 进行 研究 ， 设计 了一款基 于 Ｕ Ｓ Ｂ ３ ． ０ （ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ａ ｌ Ｓ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ Ｂ Ｕ Ｓ ３ ． ０ ） 接 口的高 速 数 据 采集 插 件 ， 该插 件 通
图１ Ｕ Ｓ Ｂ ３ ． ０数据 采集 系统结构框 图
Ｓ Ｌ ＣＳ ＃
Ｐ ＫＴ Ｅ ＮＤ
ｒ
Ａ Ｏ： ０ 】
Ｓ Ｉ ｍ
Ｅ ｘ ｔ ｅ ｎａ ｒ ｌ Ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｏ ｒ Ｓ ｌ 即
＃
＃ ＵＳ Ｂ３ ． Ｏ
Ｓ Ｌ ＯＥ ＃
图２ Ａ Ｄ Ｃ单端转差分 电路图
２ ． 中国科学 院高能物理研究所核 分析技 术重点实验 室 ， 核技术应用研究 中心 ， 北京 １ ０ ０ ０ ４ ９ ）
摘要 ： 针对 Ｐ Ｅ Ｔ系统数据量 大 ， 对数据处理速 度要求高的特 点 ， 提 出一种 基于 Ｕ Ｓ Ｂ ３ ． ０接 口的高速 数据传输系统设计方案 。该 系统 以 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ为控 制平 台， Ｕ Ｓ Ｂ ３ ． ０接 口技术 为核 心 ， 实现 了 ２ ． ２ Ｇ ｂ ｐ ｓ 的稳 定 传输 速度 ， 有效提升 了 Ｐ Ｅ Ｔ系统 的数 据传输能力。
基于FT601Q的USB 3.0超高速数据采集系统接口设计
基于FT601Q的USB 3.0超高速数据采集系统接口设计顾俊杰;常潇倩;孟紫腾;胡辉
【期刊名称】《内蒙古科技与经济》
【年(卷),期】2022()12
【摘要】针对陀螺马达断电过程产生的反电动势测试问题,设计了陀螺马达启停寿命评估系统,在反电动势的数据采集过程中,以FPGA为控制核心的数据采集卡和上位机之间会进行大量数据的实时传输工作,同时为扩展数据采集卡的高速适用场景及便携性,提出了以超高速数据传输方式USB 3.0为基础的接口设计。
采用了由FTDI公司生产的FT601Q桥接芯片,并完成相应硬件电路设计。
通过对FPGA内部逻辑设计实现了FIFO与USB 3.0桥接,可通过上位机控制实现数据采集卡与PC机进行数据交换。
最终测试数据表明,该接口电路设计简单、数据传输稳定,读写平均速度分别达到347 MB/S和382 MB/S。
【总页数】3页(P114-116)
【作者】顾俊杰;常潇倩;孟紫腾;胡辉
【作者单位】北华航天工业学院电子与控制工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TN911.73
【相关文献】
1.高速数据采集系统中USB3.0数据传输接口设计
2.基于EZ-USB FX2的数据采集系统USB接口设计
3.东芝公司推出符合超高速USB3．0标准的USB闪存盘
4.NTS选择Agilent USB3．0测试套件作为全新超高速USB3.0的测试工具
5.基于EZ-USB数据采集系统USB接口设计
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—种基于UVC协议的图像采集系统设计
—种基于UVC协议的图像采集系统设计作者：白会东赵成成田青青魏巍来源：《无线互联科技》2018年第15期摘要：在USB协议中定义了多种类，它们不仅可以实现不同的功能，还能促进USB设备的普及。
网络摄像头和USB采集卡中就用到了USB视频类，它的好处是能够实现即插即用，省去驱动的开发工作。
一般情况下采用UVC协议的系统是单独采用USB控制芯片来完成整个设计。
为了增加设计的多元性，文章采用了 FPGA和USB3.0架构的方式，实现了一种基于UVC协议的图像采集系统。
关键词：UVC协议；USB3.0；图像采集；固件1 系统组成与工作流程系统构成如图1所示，分别为：含有OV5642传感器的摄像头模块、Cyclone IV系列的FPGA芯片、Cypress公司的USB3.0芯片和主机[1]。
系统的工作流程为：第一步，上电后在线配置USB3.0的固件程序和下载逻辑程序到FPGA中；第二步，程序加载到FPGA完成后会自动地通过SCCB接口配置摄像头的寄存器，完成摄像头的初始化工作；第三步，等待摄像头模块稳定输出后开始接收图像数据，并转换成符合UVC（USB视频类）格式；第四步，数据经过USB的DMA通道传输给上位机进行显示。
2 程序设计2.1 摄像头配置程序设计摄像头的配置不是用USB芯片内的IIC接口进行加载，而是用FPGA内嵌的功能模块完成的[2]。
在FPGA中创建片上系统（SOC），用Verilog HDL语言设计硬件模块，用C++语言设计配置逻辑程序。
先调用Quartus II软件中的Qsys工具完成硬件工程的创建，按照需求添加功能模块，这里主要添加了Nios2处理器、On-chip Memory、oc_iic和PIO功能模块。
然后连接时钟信号到每一个模块上，把数据总线连接到相应的接口上，并设置中断等级，完成硬件模块的创建。
在配置文件逻辑程序设计时，先调用Eclips完成软件工程的创建，通过手动添加配置文件把工程映射到硬件上。
高清CMOS图像传感器多通道数据传输系统设计
高清CMOS图像传感器多通道数据传输系统设计张克寒;李明伟【摘要】A real-time image data transmission system was designed for the multi-channel high-data-rate CMOS image sensor.CMV4000 was used to generate image data,FPGA was used as master chip to reconstruct multichannel images data,DDR2 SDRAM was used as an asynchronous FIFO to cache the data,data were sent to PC via USB3.0 bus,then the image data were processed by the PC.Through prototype test,the system reaches 2.16 Gb/s,running stably and smoothly.The design provides a solution to the real-time data transmission of CMOS sensor image data,which has great application value.%针对大面阵CMOS图像传感器多通道、高数据速率的特点,设计了一款图像数据实时传输系统.采用CMV4000产生图像数据,通过FPGA 主控完成多通道图像数据的硬件恢复,将DDR2 SDRAM虚拟成为大容量异步先入先出队列(FIFO)作为高速缓存,通过USB3.0接口将数据发送到PC端,PC端进行图像显示处理.通过样机实测,系统传输接口的速率达2.16 Gb/s,系统运行稳定流畅.文中为此类CMOS传感器图像的数据实时传输提供了一种解决方案.【期刊名称】《仪表技术与传感器》【年(卷),期】2017(000)002【总页数】4页(P54-57)【关键词】多通道;CMOS;DDR2 SDRAM;数据传输【作者】张克寒;李明伟【作者单位】大连理工大学电子信息与电气工程学部,辽宁大连116024;大连理工大学电子信息与电气工程学部,辽宁大连116024【正文语种】中文【中图分类】TP274近年来,CMOS图像传感器成为视觉传感器领域发展的主流。
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实现基于USB3.0技术的高清摄像头系统设计
高清虽然USB 连接标准开始并没有引起太多关注，但从上世纪90 年
代中期第一次脱颖而出已经改变了很多，它现在已经远远不只是为低数据速率
的鼠标和键盘等外围设备提供简单的连接。
USB3.0 SuperSpeed 标准的推出大幅提高了数据速率，很多以前USB 技术应用不足的行业现在可以实现高性能
视频成像系统，这种系统仍然可以很高的性价比进行部署，不需要配备庞大的
工程资源。
USB3.0 SuperSpeed 的速度几乎比上一代USB 2.0 快了一个量级，它具有完全的向后兼容性，仍然具有相同的即插即用便利性，正是这种便利使
USB 标准获得了普遍的吸引力(据估计，目前全球正在运行的USB 端口比人口
的总数还要多)。
USB3.0 不仅支持超快的数据传输，它还可以在相当长的距离(可达10 米)维持高数据传输速率，而其他接口技术在这方面往往受限，在距离
超过几米时便不得不求助于传输缆线。
此外，采用USB 技术部署的视频摄像
头系统可以发挥其供电能力，在摄像头和数据采集系统之间只需一个电缆连接
即可工作，而不是一个电缆用于视频数据传输，另一个电缆来供电。
显然，这
最后一点在远程视频应用中很可能具有更明显的优势，如视频监控和工业监测
设备，在这些系统中架设多个电缆有明显的缺点，会增大与部署系统相关的成本。
视频成像设计实例的组成部分概述
●东芝2560 x 1440 像素分辨率微型摄像头(microscope camera)●FTDI Chip 公司FT601Q SuperSpeed USB-to-FIFO 桥接IC●赛灵思Spartan 6 FPGA●具有USB 3.0 端口的PC●1/4 全高清(QHD)显示器●3.0 SuperSpeed USB-to-FIFO 桥●集成式32 位FIFO 总线
图2 成像系统中详述的USB3.0 数据传输功能是由FTDI Chip 公司新推出的FT601Q SuperSpeed USB 至FIFO 桥接口IC 实现。
该系统的摄像头控制和。