本文關(guān)鍵詞：數(shù)字圖像遠(yuǎn)程光纖傳輸與PCIE高速通信系統(tǒng)研制

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【摘要】：隨著數(shù)字圖像采集、傳輸技術(shù)的不斷發(fā)展,高速成像系統(tǒng)在科學(xué)研究、交通、醫(yī)療、航天航空等領(lǐng)域中的應(yīng)用將越來(lái)越廣泛,例如公路交通中的監(jiān)控拍照、航天航空領(lǐng)域中物體高速運(yùn)動(dòng)軌跡的捕捉、汽車(chē)碰撞分析、爆炸分析等。近年來(lái),隨著世界各國(guó)在高速成像系統(tǒng)領(lǐng)域的投入日益加大,成像技術(shù)不斷突飛猛進(jìn),國(guó)內(nèi)也正在積極開(kāi)展著高速成像系統(tǒng)的研究與應(yīng)用。但是,這種大數(shù)據(jù)量的數(shù)字圖像的瞬時(shí)采集、高效緩存、實(shí)時(shí)傳輸?shù)葘?huì)耗費(fèi)很大的處理承載、運(yùn)算負(fù)擔(dān)和傳輸帶寬,因此,對(duì)高速成像系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行持續(xù)研究仍然是數(shù)字成像領(lǐng)域的必須面對(duì)的課題,以期進(jìn)一步提升性能指標(biāo)以及獲取更高成像效率。本文正是針對(duì)成像系統(tǒng)中的遠(yuǎn)程傳輸與高速通信環(huán)節(jié),基于Xilinx Kintex-7系列FPGA芯片,研制了圖像數(shù)據(jù)傳輸、通信的硬件平臺(tái),編制、調(diào)試了相關(guān)軟件與時(shí)序,著力解決高速成像系統(tǒng)中的大批量數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程、實(shí)時(shí)、高效傳輸與通信瓶頸,為成像系統(tǒng)提供圖像數(shù)據(jù)的高效流轉(zhuǎn)橋梁。本文主要工作包含以下這幾個(gè)部分:(1)對(duì)成像系統(tǒng)整體構(gòu)架進(jìn)行了研究,通過(guò)對(duì)圖像采集、控制、緩存和傳輸?shù)瘸上裣到y(tǒng)中關(guān)鍵技術(shù)的分析,確立了傳輸通信的后端單元方案設(shè)計(jì),該單元負(fù)責(zé)對(duì)前端傳感器單元采集到的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行10Gbps SFP+光纖遠(yuǎn)程接收、本地緩存,并通過(guò)PCIE接口與末端PC主機(jī)進(jìn)行DMA實(shí)時(shí)通信交換。(2)所設(shè)計(jì)系統(tǒng)選擇Xilinx公司Kintex-7系列高端FPGA作為主控芯片,通過(guò)對(duì)系統(tǒng)中各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行分析,確定系統(tǒng)中各個(gè)具體器件的選型,完成了SFP+光纖通信接口模塊、PCI Express通信接口模塊的設(shè)計(jì),并描述了整體系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與具體實(shí)現(xiàn)。(3)本文進(jìn)一步分兩個(gè)章節(jié)分別對(duì)光纖通信模塊的數(shù)字圖像遠(yuǎn)程SFP+傳輸與PCIE總線的鏈?zhǔn)紻MA傳輸進(jìn)行了詳細(xì)闡述并驗(yàn)證分析,軟件設(shè)計(jì)整體分為FPGA硬件邏輯設(shè)計(jì)與上位機(jī)PC控制軟件設(shè)計(jì),而FPGA邏輯設(shè)計(jì)主要分為圖像數(shù)據(jù)接收模塊、圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊以及PCIE數(shù)據(jù)通信模塊。本文通過(guò)引入高性能FPGA芯片、芯片內(nèi)置的RAM作為緩存、先進(jìn)SFP+光纖傳輸接口、第三代總線技術(shù)PCI Express(PCIE)接口,使高速成像系統(tǒng)研制成為可能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,本文所設(shè)計(jì)的高速成像系統(tǒng)方案及其局部模塊是可行的,數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中有高速、穩(wěn)定的特性,也為后期進(jìn)一步研究打下了良好的基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：高速成像 遠(yuǎn)程傳輸 FPGA SFP+ PCI Express
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TN929.11
【目錄】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-9
• 1 緒論9-13
• 1.1 課題研究背景9
• 1.2 課題研究目的和意義9-10
• 1.3 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀10-11
• 1.3.1 光纖通信的發(fā)展及現(xiàn)狀10-11
• 1.3.2 PCI Express總線研究狀況11
• 1.4 本文的主要工作與內(nèi)容安排11-13
• 2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)13-19
• 2.1 系統(tǒng)總體方案分析13
• 2.2 核心控制器件選型13-15
• 2.3 數(shù)據(jù)傳輸接口選擇15-16
• 2.4 光纖通信方案選擇16
• 2.5 成像系統(tǒng)總體框架16-17
• 2.6 本章小結(jié)17-19
• 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)19-31
• 3.1 系統(tǒng)總體硬件電路構(gòu)成19
• 3.2 成像控制與傳輸板電路設(shè)計(jì)19-30
• 3.2.1 電源電路設(shè)計(jì)20-22
• 3.2.2 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)22-23
• 3.2.3 復(fù)位電路設(shè)計(jì)23-24
• 3.2.4 FPGA配置電路設(shè)計(jì)24-25
• 3.2.5 PCIE接口電路設(shè)計(jì)25-28
• 3.2.6 SFP+光模塊電路設(shè)計(jì)28-30
• 3.3 本章小結(jié)30-31
• 4 SFP+通信原理與實(shí)現(xiàn)31-41
• 4.1 10GE光接口規(guī)范31
• 4.2 SFP+光模塊31-32
• 4.3 光纖傳輸32-33
• 4.4 GTX收發(fā)器33-35
• 4.5 數(shù)據(jù)發(fā)送和接收模塊設(shè)計(jì)35-36
• 4.6 光纖通信性能測(cè)試36-41
• 5 PCIE通信原理和實(shí)現(xiàn)41-67
• 5.1 數(shù)據(jù)傳輸模塊邏輯設(shè)計(jì)41
• 5.2 PCIE總線概述41-45
• 5.3 PCIE硬核概述45-48
• 5.4 BAR空間映射模塊設(shè)計(jì)48-51
• 5.5 接收引擎模塊設(shè)計(jì)51-53
• 5.6 基于鏈?zhǔn)紻MA的發(fā)送引擎模塊設(shè)計(jì)53-57
• 5.7 測(cè)試結(jié)果分析57-62
• 5.8 系統(tǒng)整體測(cè)試62-66
• 5.8.1 硬件電路調(diào)試62-63
• 5.8.2 驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)63
• 5.8.3 上位機(jī)控制軟件設(shè)計(jì)63-66
• 5.9 本章小結(jié)66-67
• 6 總結(jié)與展望67-69
• 6.1 總結(jié)67
• 6.2 展望67-69
• 致謝69-71
• 參考文獻(xiàn)71-75
• 附錄75
• A. 作者在攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文目錄75
• B. 作者在攻讀學(xué)位期間參加的科研項(xiàng)目目錄75

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 王玨;;數(shù)字圖像質(zhì)量解析[J];美術(shù)大觀;2010年01期

2 王剛;;數(shù)字圖像的快速與科學(xué)識(shí)別研究[J];藝術(shù)與設(shè)計(jì)(理論);2012年12期

3 黃];楊h接，

本文編號(hào)：925895