基于FPGA的图像光纤传输系统设计

发 送 块
序 提 取 、 Ｒ 编 解 码 等 功 能 。同 时 可 以与 光 纤模 块 进 行 无 缝 连 Ｃ Ｃ
接 ， 而 简 化设 计 。 从 Ｓ Ｒ Ｅ 可 以 通 过 Ｌ ｔｃ Ｅ ＤＳ ａ ｉｅ的 ｉ Ｌ Ｖ Ｒ 软 件 中 的 Ｉｅ — ｔ ｓ ＥＥ ｐ Ｐ ｘ
一
光
纤
Ｆ ＧＡ 内嵌 的 Ｓ Ｒ Ｅ Ｐ Ｅ Ｄ Ｓ模 块 将 高 速 串 行数 据 进 行 串并 转 换 后 送
由 Ｆ ＧＡ 内部 双 端 Ｅ Ｒ Ｍ 构 建 而 成 ； Ｉ Ｃｏ ｔ ｌＬ ｇｃ是 Ｐ ｌ Ａ ＦＦ Ｏ ｎｒ ｏ ｉ ｏ
负 责控 制 四个 ＦＦ 读 写 时 隙 控 制 。 ＩＯ
用 其 内嵌 的 高速 串 口（ Ｅ ＤＥ ） 替传 统 的 串并 转 化 器 来 完 成 图像 光 纤传 输 的 方 法 。 着 重 介 绍 系统 的 硬 件 设计 和基 于 的 Ｓ Ｒ Ｓ代
Ｆ Ａ 的相 关 实现技 术 。 ＧＰ ．
Ａｂ ｔａ ｔ ｓｒ ｃ
关 键 词 ：Ｐ Ａ， 纤 传 输 系统 ， ＦＧ 光 高速 串 口 ， 图像 缓存 ， Ｄ ２Ｓ Ｒ Ｍ Ｄ Ｒ Ｄ Ａ
２３ 光 纤 模块 设 计 ．
图 ３是 Ｆ Ｇ 内部 控 制 两 个 ＦＦ 的读 写 切 换 的 原 理 图 。 Ｐ Ａ ＩＯ
ＣＬ Ｗ 是 Ｄ ｌ 码 芯 片 输 出 的 图 像 像 素 时 钟 ， Ｋ Ｒ 是 Ｋ Ｖ 解 ＣＬ ＿
＿
Ｄ ２ Ｓ Ａ 的 时钟 。Ｈ — ｏ ｔ ｌ 自 Ｄ ｌ 码 输 出 的 图像 ＤＲ ＤＲ Ｍ Ｓ Ｃ ｎｒ 来 ｏ Ｖ解 行 同步 信 号 ， 信 号 作 为 ＦＦ ｏ ｔ ｌＬ ｇｃ读 写 切 换 的控 制 该 ＩＯ Ｃ ｎｒ ｏ ｉ ｏ
光 纤 通 信 以 其 损 耗 低 、 宽 充 裕 、 电 磁 干 扰 、 密 性 好 及 带 抗 保 寿命 长 等 特 点 受 到越 来 越 多 的青 睐 。光 纤 模 块 主要 作用 完成 光 信 号 的发 送 与 接 收 ，即在 发 送 端 将经 过 Ｆ Ｇ 处 理 后 的 逻辑 电 Ｐ Ａ 平 信 号 转 换 成 光 信 号 ；在 接 收 端 将 光 信 号 转 换 成 逻 辑 电 平信 号
Ｓ Ｒ Ｍ Ｃ ｎｒｌ ｒ Ｆ Ｇ 生 成 的 外 部 Ｄ ２ Ｓ Ｒ Ｄ Ａ ｏｔ ｌ 是 Ｐ Ａ ｏｅ ＤＲ Ｄ ＡＭ 的 控 制 器 ； ＩＯ Ａ 和 ＦＦ Ｂ 构 成 图 像 输 入 ＦＦ ＦＦ １和 Ｆ． ＦＦ ＩＯ— ＩＯ， Ｉ Ｏ一 Ｉ
Ｆ ２构 成 图像 输 出 ＦＦ ，ＩＯ Ａ、 ＩＯ Ｂ、ＩＯ １ ＦＦ ＿ Ｏ Ｉ ＦＦ ＦＦ ＿ ＦＦ ＿ 、 ＩＯ ２是 Ｏ
给 图 像 缓 存模 块 ，然 后 Ｄ ｌ Ｖ 编码 模 块 对 图像 缓 存 模 块 中 的数 据 完成 Ｄ Ｉ Ｖ 信号 编 码 。
２ 系 统设 计
整 个 图像 光 纤 传 输 系 统 设 计 的关 键 在 于 Ｆ ＧＡ 硬 件 设 计 、 Ｐ
图像 缓 存 部分 设 计 、 并 转 换 逻 辑 、 纤 模 块 设 计 和 ＦＦ 控 制 串 光 Ｉ Ｏ 设 计 ， 于 Ｄ ｌ 码 模 块 和 编码 模 块 比较 成 熟 ， 由 Ｖ解 限于 篇 幅 原 因不
《 业 控 制 计 算 机 ｝ ０ ２年 第 ２ 工 ２１ ５卷第 ２期
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基于 Ｆ Ｇ Ｐ Ａ的图像光纤传输系统设计
董 林 粒 郭 大 江 （ 成都理工大学信息科学与技术学院， 四川 成都 ６ ０５ ） １０ ９
摘 要
提 出一 种 基 于 Ｆ ＧＡ和 光 纤 的 图像 传 输 系 统 ， 阐述 使 用 Ｌ ｔｃ Ｐ ａｔ ｅ公 司的 Ｆ ＧＡ 和 Ｓ Ｒ Ｍ 构 建 图像 缓 存模 块 以 及使 ｉ Ｐ Ｄ Ａ
Ｆ ＧＡ ａ ｄ Ｓ ＡＭ ｏ ｃ ｎ ｔ ｃ ｉ ｇ ａ ｈ ｄ ｌ ．ｎ ｈ ｓ ｆｔ ｅ Ｓ Ｒ Ｓ ｅ ｅ ｄ ｄ ｎ Ｆ ＧＡ ａ ｅ ｐａ ｅ ｏ ｈ Ｐ ｎ ＤＲ ｔ ｏ ｓｒ ｔ ｍａ ｅ ｃ ｃ ｅ ｍｏ ｕｅａ ｄ ｔ ｅ ｕ ｅ ｏ ｈ Ｅ ＤＥ ｍｂ ｄ ｅ ｉ Ｐ ｕ ｔ ｋ ｌｃ ｆ ｔ ｅ
ＤＤ ２ Ｓ Ｒ Ｍ，该 芯 片 为 ３ Ｍ １ ｂｔ Ｒ Ｄ Ａ ２ ６ｉ ，两 片 即可 构 成 ３ Ｍ ￥ ２ 据存 ， 因此 四个 ＦＦ 存储 深度 设 置 为 １ ２ 位 宽 为 ３ ｂ ｓ ＩＯ ９ ０， ２ ｉ。 ｔ
３ ｂｔ 度 的 图像 缓 存 系统 。 ２ｉ ｓ深
ＤＤ ２ Ｓ Ｒ Ｍ 器 件 具 有 价 格 低 、 量 大 、 度 较 快 ， 常 Ｒ Ｄ Ａ 容 速 非 适 合 用 于 图 像 处理 系统 。 其 控制 逻 辑 时 序 较 复 杂 ， 求 一个 接 但 要 口 的控 制 器 ， 需 要 通 过 Ｆ Ｇ 内部逻 辑 来 生 成 。 这 ＰＡ
ｐｅ ｓ工 具来 生 成 。物 理 层 上 推荐 采 用 ３ Ｓ 协 议 ， 成 后 的 ｒｓ Ｇ— ＤＩ 生 Ｉｃ ｒ 以 方便 地 通 过 例 化 语 句 来 调 用 。 Ｐ ｏｅ可
接 收
模
块
２２ 图像 缓存 模 块 设 计 ＿ 系 统 进 行 图像 传 输 时 ， 要 进 行 图像 缓 存 。 ２为 系统 的 图 需 图 像 缓 存 模 块 原 理 图 ， 其 中 ＤＤ ２ Ｓ Ｒ Ｍ 为 外 部 存 储 器 ； Ｒ Ｄ Ａ
１ 系 统介 绍
２１ Ｐ ． Ｆ ＧＡ硬 件 设 计
如 图 １所 示 ，Ｐ Ｆ ＧＡ作 为 系统 的核 心 部 件 ， 要 完 成 数 据 的 主 串并 转 换 、 据 缓 存 以及 编 解 码 逻 辑 控 制 等 功 能 ， 核 心 任 务 是 数 其
３ Ｓ 接 口设 计 和 基 于 双 端 口存 储 器 （ ｍｂ ｄ ｅ Ｂｏ ｋ Ｇ— ＤＩ Ｅ ｅ ｄｄ ｌ ｃ
Ｇ 内嵌 的 高 速 串 口 （ Ｅ Ｄ Ｓ 将 缓 存 数 据 进 行 并 串转 换 形 成 Ａ ＳＲ Ｅ） 高 速 串行 数 据 ， 后 将 数 据 发 送 出 去 ， 纤模 块 接 收 到 数 据 后 ， 然 光 将 电信 号 转化 成光 信 号 通 过 光 纤 传输 。 接 收端 ， 作 流 程 与 发 在 工 送 端 相 反 ， 是 光纤 模 块 将 光 信 号 转 化 成 电 信 号 后 送 给 Ｆ ＧＡ， 先 Ｐ
Ｔｈｓ ｉ ｐａ ｐｅｒ ｅｓ ｎ ｓ ｐｒ ｅ ｔ ａｎ ｍ ａ ｔａｎ ｍ ｉｓｏｎ ｙ ｔ ｉ ｇｅ ｒ ｓ ｓ ｉ ｓ ｓｅｍ ｂａ ｅ ｏｎ ＰＧＡ ａｎ ｏｐ ｉａ ｆｂ ， ｔｏｄｕ ｅｓ ｈ ｕ ｅ ｓｄ Ｆ ｄ ｔｃ ｌ ｉｅｒｉ ｒ ｎ ｃ ｔ ｅ ｓ ｏｆ ａ ｔ ｅ Ｓ Ｌ ｔｉ ｃ
在本 文 讨 论 之 列 。
图 ２ 图 像 缓 存 模 块原 理 图
在 Ｓ Ｒ Ｍ 器件的选择上 ， ＤＡ 需要考虑几点 ： 储带 宽与图 ①存 像传输带宽的问题 ； 为了减 小后 端图像 的抖动 问题 ， ② 系统采用
基 于 Ｆ Ｇ 的 图像 光 纤 传 输 系 统设 计 Ｐ Ａ 图像 三 帧 缓 存 技术 ， 即要 求 在 Ｄ ２ Ｓ Ｒ Ｍ 至少 可 以存 储 三 ＤＲ Ｄ Ａ 帧 图像 数 据 ， 因此 要 考 虑存 储 深 度 问题 ； 考 虑 如 １ ８ Ｐ 的 高 ③ ００ 清 分 辨 率 的 图 像传 输 对 存 储 带 宽 的要 求 。 于 以 上几 点 考 虑 ， 基 系 统 使 用 两 片 尔 必 达 公 司 生 产 的 型 号 为 Ｅ Ｅ １ ６ Ｊ Ｇ１ 的 Ｄ ５ １Ａ Ｂ
Ｋ ｙ ｒ ｓ Ｆ ＧＡ， ｔ ａ ｉｅ ｒ ｎ ｍｉｓ ｎ ｓ ｓｅ Ｓ Ｒ Ｓ Ｉ ｇ ｃ ｅ Ｄ ２ Ｓ ＡＭ ｅ ｗｏ ｄ ：Ｐ Ｏｐ ｉ ｌ ｂ ｒｔ ｓ ｓ ｉ ｙ ｔ ｍ，Ｅ ＤＥ ， ｃ ｆ ａ ｏ ｍａ ｅ Ｃａ ｈ ， ＤＲ ＤＲ
Ｄ Ｉ 输 是 将 数 字 信 号 直 接 传 送 到 显 示 设 备 上 ， 因此 它 的 Ｖ传 速 度 较快 ， 号 衰 减较 小 ， 像 比较 清 晰 的 特 点 。但 是 进 行远 距 信 图 离 图 像传 输 时 ， 由于 Ｄ ｌ 号 衰 减 较 大 ， 响 图 像传 输 质 量 。 本 Ｖ信 影 系 统将 Ｄ Ｉ 图像 数 据 转换 成 光 信号 后 ，通 过 光纤 进行 远距 离 Ｖ的 传输 ， 样 可 以 及 避免 Ｄ 信 号 传 输 的缺 点 。 这 Ｖｌ 随着 半 导体 工 艺 的快 速 发展 ， 些 主 流 的 Ｆ ＧＡ 芯 片在 逻 辑 一 Ｐ 资源 、 能 、 度 以及 可靠 性 方 面 都 在不 断 地 提高 ， 其 芯 片 内嵌 性 速 尤 各种 硬 核 与软 核 模块 可 以使 Ｆ ＧＡ 的逻 辑设 计 更 加快 捷 方便 。 Ｐ
脚 、 富 的 Ｐ Ｌ和 Ｄ Ｌ资 源 、 持 Ｓ Ａ 的 Ｈｇ — ｐ ｅ Ｏ 丰 Ｌ Ｌ 支 ＤＲ Ｍ ｉｈ Ｓ ｅ ｄ Ｉ
接 口 、 具有 ４个通 道 的 Ｅ ｅ ｄ ｄ Ｓ Ｒ Ｅ 满 足 系 统需 求 。 以 ｍｂ ｄ ｅ Ｅ Ｄ Ｓ， Ｌ ｔｃ ａｔ ｅ公 司 Ｅ Ｐ ｉ Ｃ ３系 列 Ｆ ＧＡ 内嵌 的 Ｓ Ｒ Ｅ Ｐ Ｅ Ｄ Ｓ模 块 是 一 种 高
Leabharlann Baidu
ＤＤ ２ Ｓ ＡＭ 控 制 器 是 图像 缓 存 模 块 设计 的关 键 。 ＣＰ Ｒ ＤＲ Ｅ ３
系 列 Ｆ Ｇ 内部 的 Ｈｇ — ｐ ｅ Ｏ 支 持 Ｄ ２ Ｓ ＡＭ 电气 ＰＡ ｉｈ ｓ ｅ ｄ Ｉ ＤＲ ＤＲ
图 ３ Ｆ Ｆ 读 写切 换 控 制 原 理 图 ＩＯ
标 准 。 且 该 控 制器 也 可 以通 过 ｉ Ｌ Ｖ Ｒ软 件 中 的 Ｉｅ ｐ ｅ ｓ 并 ｓ ＥＥ ｐ Ｐ ｘ ｒｓ 工 具 来 生 成 ， 成 后 的 Ｉｃ ｒ 以通 过 例化 语 句 来 调 用 。 生 Ｐ ｏｅ可
一
图 １ 图像 光 纤 传 输 器 系 统框 图
整个 光 纤 传 输 系 统 的 工 作 流程 ： 发送 端 ， 端 Ｄ ｌ 在 前 Ｖ 解码 部
分将 Ｄ Ｉ Ｖ 信号 解 码 成 Ｙ Ｖ或者 Ｒ Ｕ ＧＢ格 式 的并 行 数 据 流 后 送 至
Ｆ ＧＡ，Ｐ Ａ 与 片 外 的 Ｓ Ｒ Ｐ ＦＧ Ｄ ＡＭ 完 成 图像 数 据 缓 存 ，并 且 Ｆ — Ｐ
Ｒ Ｍ） ＦＦ 设 计 。 Ａ 的 ＩＯ
系 统 考 虑 到 逻 辑 资 源 容 量 、 Ｏ 接 口、 Ｉ ／ 以及 与 Ｓ Ｒ Ｍ 连 接 Ｄ Ａ Ｈｉｈ ｓ ｅ ｄ Ｉ０ 资 源 等 情 况 后 ， 用 Ｌ ｔｃ ｇ — ｐ ｅ ／ 选 ａｔ ｅ公 司 Ｅ ３ ３ — ｉ ＣＰ — ５ ４ ４ 该 器 件 具 有 ３ Ｋ 的 Ｌ Ｔ （ 辑 单 元 ）２ ５个 可 配 置 Ｉ 引 ８， ３ Ｕ ｓ逻 、９ Ｏ
ｔａｄｉｏｎ ｌ ｅｈｏ ｏ ＳＥＲＤＥＳ ｏ ｏｍ ｐｌｔ ｉ ｒ ｔ ａ ｍ ｔ ｄｓ ｆ ｉ ｔ ｃ ｅ ｅ ｍａｇｅ ｔａｎ ｍ ｉｓｏ Ｆ ｃｕ ｅ ｈ ｓ ｓｅｍ ｈ ｄｗａ ｅ ｃｈｔ ｃ ｕｅ ｓｉ ｄ ｒ ｓ ｓ ｉｎ．ｏ ｓ ｓ ｏｎ ｔ ｅ ｙ ｔ Ｓ ａｒ ｒ ａｒ ｉ ｔ ｒ ｄｅ ｇｎ ａｎ ｅ ｉ ｇｅ ｍａ ｐｒｃｅ ｓｎ ｅ ｎ ｏｇ ｂ ｅ ｏ Ｆ ｏ ｓ ｉｇ ｔ ｃｈ ｏｌ ｙ ａｓ ｄ ｎ ＰＧＡ．
光
纤
本系统包 含图像光纤 发送和 图像 光纤接 收两部分 ， 图 １ 见 所示 。
速 串行 收发 器 ， 持 高达 ３ １５ ｓ的 ３ Ｓ 信 号 传 输 、 持 支 ．２ Ｇ／ Ｇ— ＤＩ 支
８ ／ ０ 线 路 编 解 码 、 并 转 换 、 提 取 与 插 入 、 频 成 帧 和 时 Ｂ １Ｂ 串 行 视