基于CPCI的高速图像采集卡的实现

　　0 引言

　　随着数字相机的不断发展，图像分辨率不断提高，相应的需要处理的图像数据也不断增长，在涉及到红外图像采集以及处理的系统中，常常要求大量图像数据的实时采集。国内外有很多高速图像采集板卡[1]，但是其应用的单一性以及对用户接口的不透明性都限制了它的广泛应用，并且ISA总线等的传输速度也逐渐无法满足数据传输的要求。而采用CPCI总线作为接口，可以满足大多高速图像采集的需求。

　　本文介绍了一种利用PCI9054桥接芯片和FPGA技术实现CPCI总线接口电路和数据采集逻辑的图像采集板卡的设计实现，并通过实际的图像采集系统证明了它的优越性。

　　1 硬件电路实现

　　本采集卡采用基于CompactPCI(CPCI)总线的设计。CPCI是国际PICMG协会于1994提出来的一种总线标准。它与传统的PCI总线相比具有更多的优点：(1)更好的机械特性，CPCI卡的前后上下都被固定，抗震性大大提高;(2)CPCI卡采用欧规卡结构，散热效果更好，且支持热插拔;(3)防腐和电磁屏蔽性好;(4)CPCI板卡可以完全兼容于PXI(一种全新的开放性，模块化仪器总线规范)总线系统中。

　　几个关键芯片的介绍：

　　(1)PCI9054的应用

　　为了减少新产品设计的风险，选用了技术成熟，接口设计简单，价格便宜的PCI9054接口芯片。它采用先进的PLX数据管道结构技术，可以使局部总线快速转换到PCI总线上。并且支持DMA传输模式，为之后设计DMA(直接内存存取)传输奠定了基础。

　　(2)FPGA的应用

　　FPGA在本设计中起到了关键作用，它简化了数字逻辑电路的设计，实现了硬件部分的多个功能模块。首先实现了总线时钟和外部时钟信号的逻辑匹配，FIFO操作的时序逻辑控制;此外还实现了对不同数据格式的图像采集的功能，应用VerilogHDL硬件编程语言来完成各种格式转换，例如串行数据转为并行数据，区别正反不同扫描方式的图像等。这使得板卡更加灵活，适应更多的用户需求。根据性价比，采用Cyclone系列的EP1C12Q240C8。

　　(3)FIFO的应用

　　由于图像采集卡的采集部分的时钟频率与PCI传输部分的时钟不匹配，为了保证数据传输的可靠性，采用大容量FIFO来实现数据的缓冲。并且可以通过接口驱动的设计采用双缓存机制，更保证了数据传输的时序逻辑匹配。这里采用IDT公司的IDT72V36110，512KB的容量[2]。

　　图像采集卡的原理框图如下：

　　图1 图像采集卡的原理框图

　　此板卡还设计了一定的扩展功能，根据FPGA的剩余资源扩展12路可编程I/O，可以控制显示板卡的工作状态和设置指示灯。剩余的一片大容量的RAM，可以暂存大量临时数据。