基于PCI总线的CCD数字相机实时采集系统的设计与实现

     CCD的数字化输出,简化了相机与采集系统的接口设计,使CCD数字相机越来越多地成为实时数据采集、图形图像处理、遥感监测等系统中的探测器,但同时也对数据采集系统提出了更高的要求。本文介绍了一种基于PCI(PeripheralComponent Interconnect)总线的CCD数字相机实时采集系统,采用高速PCI接口芯片和CPLD逻辑控制芯片,将采集到的CCD相机数据以DMA方式直接传送到系统内存,有效地实现了数据的实时传输与存储。

    1 系统的硬件设计

    1. 1 系统结构与工作原理

    该图像采集系统由CCD数字相机、PCI图像采集卡和计算机组成,系统框图如图1所示。其中图像采集卡实现CCD图像的采集、缓存和传输,计算机完成对采集工作、传输通信、存储以及显示的控制。

    PCI图像采集卡主要包括PCI接口芯片、CPLD逻辑控制芯片、高速缓存(FIFO)、驱动转换接口和配置EEPROM,共同实现采集卡的采集和传输功能。

    基于PCI总线的CCD数字相机实时采集系统的工作原理如下:CCD数字相机输出的高速图像数据及同步信号经过驱动转换接口的电平转换处理后进入到PCI图像采集卡,然后经CPLD逻辑控制电路,将数据整合成与PCI总线宽度一致的图像数据,暂存在FIFO中。在计算机的控制下, PCI接口芯片从FIFO中读出数据,经由PCI总线,以DMA方式将图像数据快速送入计算机的内存缓冲区,由应用程序根据需要提供对其进行单帧图像采集、连续帧图像采集和在计算机屏幕上实时显示等功能。

    系统的硬件设计主要是指CCD相机图像实时采集卡的电路设计和CPLD的逻辑控制功能设计,其功能是实现对CCD图像数据的实时采集;软件设计包括底层的设备驱动程序设计和上层的应用程序设计,其功能是控制硬件电路实现对CCD图像数据的采集、存储和显示。

    1. 2 系统各模块介绍

    1. 2. 1 PCI接口设计

    PCI总线即外部设备互联总线,是一种高性能32/64位地址数据复用局部总线,可同时支持多组外围设备,为中央处理器与高速外围设备间提供了一座沟通的桥梁。它支持高数据传输率,可以在33M主频、32位数据总线的条件下达到峰值132MB/s的带宽,且可扩展为64位、66M主频,是当今PC领域中的主流总线。

    PCI接口是外部总线与PCI总线的通信接口,完成PCI总线与外部总线间的通信。目前实现PCI接口的方案一般分为两种:一种是全部用可编程逻辑器件完成;另一种是用PCI接口芯片与逻辑电路配合实现。相对而言,后者设计简单,开发周期短,而且接口的兼容性好。本系统采用的是PLX公司的专用PCI接口芯片PCI9054。