近年來(lái),隨著CMOS制造工藝的不斷發(fā)展,CMOS圖像傳感器以其高分辨率、高速、低功耗的優(yōu)勢(shì)開(kāi)始越來(lái)越多的應(yīng)用在高速圖像采集系統(tǒng)中,并對(duì)圖像采集系統(tǒng)的性能提出了更高的要求。本文通過(guò)對(duì)比分析圖像采集系統(tǒng)各部分的主要特點(diǎn),設(shè)計(jì)了一款基于CMOS圖像傳感器的高速圖像采集系統(tǒng),該系統(tǒng)選用FPGA作為控制芯片,實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像傳感器的配置及圖像數(shù)據(jù)的處理,選用DDR2完成對(duì)圖像數(shù)據(jù)的緩存,選用千兆以太網(wǎng)完成圖像數(shù)據(jù)的傳輸。本文主要從圖像數(shù)據(jù)的接收、圖像數(shù)據(jù)的緩存、圖像數(shù)據(jù)的傳輸三方面進(jìn)行介紹,在硬件上設(shè)計(jì)了DDR2緩存硬件電路、千兆以太網(wǎng)硬件電路,并對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的電源電路進(jìn)行了詳細(xì)分析及計(jì)算。在邏輯上,將圖像傳感器輸出的圖像數(shù)據(jù)依次進(jìn)行差分轉(zhuǎn)單端、雙沿轉(zhuǎn)單沿、同步碼判斷、串行轉(zhuǎn)并行。其次通過(guò)控制DDR2的地址信號(hào),將圖像數(shù)據(jù)按以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包的大小寫入DDR2或者從DDR2中讀出。最后在傳輸模塊完成了對(duì)數(shù)據(jù)包的封裝和命令幀的解析,并以千兆以太網(wǎng)應(yīng)用層數(shù)據(jù)幀與命令幀的結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ),設(shè)計(jì)了重傳邏輯,實(shí)現(xiàn)了有誤圖像數(shù)據(jù)的重新上傳。通過(guò)設(shè)計(jì)相關(guān)試驗(yàn),完成對(duì)圖像采集系統(tǒng)的功能驗(yàn)證,包括巨型幀與標(biāo)準(zhǔn)幀的傳輸效率對(duì)比、應(yīng)用層... 

【文章來(lái)源】：中北大學(xué)山西省

【文章頁(yè)數(shù)】：68 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

幾種常見(jiàn)傳輸接口最大傳輸速度Figure2-1Maximumtransmissionspeedofseveralcommontransmissioninterfaces

中北大學(xué)學(xué)位論文13字節(jié)）、數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度（2字節(jié)）及校驗(yàn)和（2字節(jié)）。在本設(shè)計(jì)中，對(duì)校驗(yàn)和不做要求，設(shè)置為0，其它參數(shù)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。2.5.2應(yīng)用層數(shù)據(jù)幀協(xié)議設(shè)計(jì)（1）巨型幀應(yīng)用為了提高數(shù)據(jù)傳輸效率，本設(shè)計(jì)利用巨型幀技術(shù)完成數(shù)據(jù)傳輸。巨型幀，又稱大型幀，是指有效負(fù)載超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)所限制的1500字節(jié)的以太網(wǎng)幀，專門為千兆以太網(wǎng)而設(shè)計(jì)，采用巨型幀技術(shù)能夠大幅度提高千兆以太網(wǎng)的傳輸效率[32]。以TCP協(xié)議和UDP協(xié)議為例，以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包由實(shí)際數(shù)據(jù)以及相關(guān)的圖像協(xié)議組成，根據(jù)IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)幀最大為1500字節(jié)，則TCP協(xié)議每包實(shí)際數(shù)據(jù)=1500-IP首部-TCP首部=1500-20-20=1460字節(jié)，以太網(wǎng)幀=1500+前導(dǎo)碼+起始碼+目的MAC地址+源MAC地址+協(xié)議類型=1500+7+1+6+6+2+4=1526字節(jié)，傳輸效率為1460/1526=95.67%。UDP協(xié)議每包實(shí)際數(shù)據(jù)=1500-IP首部-UDP首部=1500-20-8=1472字節(jié)，傳輸效率為1472/1526=96.46%。當(dāng)采用巨型幀傳輸時(shí)，以一包為9000字節(jié)為例，TCP協(xié)議每包傳輸效率為8960/9026=99.27%，UDP協(xié)議每包傳輸效率為8972/9000=99.40%。從以上計(jì)算分析可知，巨型幀相比于普通幀，通過(guò)增加每包傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)減少包頭包尾的傳輸，具有更高的傳輸效率，因此大量應(yīng)用在數(shù)據(jù)量傳輸較大的場(chǎng)合中。（2）數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)組織數(shù)據(jù)幀的結(jié)構(gòu)組織包括圖像數(shù)據(jù)、圖像狀態(tài)、幀計(jì)數(shù)、包計(jì)數(shù)等信息，根據(jù)數(shù)據(jù)類型的不同，又分為頭包、數(shù)據(jù)包和尾包。數(shù)據(jù)幀的結(jié)構(gòu)組織如圖2-4所示。0-78-1516-2324-31數(shù)據(jù)幀發(fā)送狀態(tài)數(shù)據(jù)幀幀頭包計(jì)數(shù)幀計(jì)數(shù)有效數(shù)據(jù)圖2-4數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)組織Figure2-4Dataframestructureorganization

中北大學(xué)學(xué)位論文14數(shù)據(jù)幀幀頭：數(shù)據(jù)幀起始標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)置為“0x0000”，占兩字節(jié)。幀計(jì)數(shù)：表明當(dāng)前傳輸?shù)膱D像數(shù)據(jù)所在的幀數(shù)。當(dāng)一幅圖像數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后，包計(jì)數(shù)清零，幀計(jì)數(shù)加1，占兩字節(jié)。數(shù)據(jù)類型：說(shuō)明此幀的數(shù)據(jù)類型，占兩字節(jié)。頭包設(shè)置為“01”，數(shù)據(jù)包設(shè)置為“02”，尾包設(shè)置為“03”。包計(jì)數(shù)：表明當(dāng)前傳輸?shù)膱D像數(shù)據(jù)所在的包數(shù)，每完成一包圖像數(shù)據(jù)的傳輸均加1，占兩字節(jié)。2.5.3應(yīng)用層命令幀協(xié)議設(shè)計(jì)千兆以太網(wǎng)的命令幀分為兩種，一種是普通命令幀，即計(jì)算機(jī)下發(fā)參數(shù)對(duì)采集系統(tǒng)進(jìn)行配置。另一種是ARP請(qǐng)求幀，接下來(lái)主要對(duì)這兩種命令幀的結(jié)構(gòu)組織進(jìn)行介紹。（1）ARP幀結(jié)構(gòu)組織ARP：地址解析協(xié)議，是發(fā)送方通過(guò)接收方的IP地址獲取物理地址的一個(gè)通信協(xié)議。在局域網(wǎng)中，當(dāng)上位機(jī)軟件要對(duì)相機(jī)發(fā)送配置命令時(shí)，必須知道相機(jī)的IP地址，但是僅有IP地址也是不夠的，因?yàn)镮P數(shù)據(jù)幀必須封裝成MAC幀才能在物理網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送，因此發(fā)送方必須知道相機(jī)的物理地址。ARP協(xié)議就是實(shí)現(xiàn)從IP地址到物理地址的映射，上位機(jī)軟件在發(fā)送消息將含有目標(biāo)IP地址的請(qǐng)求命令廣播到局域網(wǎng)上的所有相機(jī)，并接受ARP應(yīng)答命令，以此確定相機(jī)的物理地址。ARP幀結(jié)構(gòu)組織如圖2-5所示。0-78-1516-2324-31源IP地址目標(biāo)物理地址以太網(wǎng)首部（14字節(jié)）幀類型硬件類型協(xié)議類型硬件地址長(zhǎng)度協(xié)議地址長(zhǎng)度操作碼源物理地址源物理地址目標(biāo)物理地址目標(biāo)IP地址目標(biāo)IP地址填充字圖2-5ARP幀結(jié)構(gòu)組織Figure2-5ARPframestructureorganization

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
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本文編號(hào)：3490620