基于研華CPCI總線(xiàn)架構設計的實(shí)時(shí)圖像信號處理平臺

摘要: 本文主要介紹了基于CPCI 總線(xiàn)設計的實(shí)時(shí)信號處理業(yè)務(wù)所需的一種專(zhuān)用設備平臺。平臺基本方案的主要部分是采用DSP+FPGA混用設計的業(yè)務(wù)板、電氣接口以及物理形狀因數。架構設計選擇開(kāi)放式的Compact PCI總線(xiàn)作為基本,采用CPCI標準平臺用于I/O處理。

一. 系統設計的相關(guān)技術(shù)

1．1 DSP+FPGA混用設計簡(jiǎn)介

為了提高算法效率，實(shí)時(shí)處理圖像信息，本處理系統是基于DSP+FPGA混用結構設計的。業(yè)務(wù)板以FPGA為處理核心，實(shí)現數字視頻信號的實(shí)時(shí)圖像處理，DSP實(shí)現了部分的圖像處理算法和FPGA的控制邏輯，并響應中斷，實(shí)現數據通信和存儲實(shí)時(shí)信號。

首先，本系統要求DSP可以滿(mǎn)足算法控制結構復雜，運算速度高，尋址靈活，通信能力強大的要求。所以，我們選擇指令周期短、數據吞吐率高、通信能力強、指令集功能完備的DSP。同時(shí)也考慮了DSP功耗和開(kāi)發(fā)支持環(huán)境等要素。

由于從探測儀傳來(lái)的低層A/D的信號，其差值預處理算法的數據量大，對處理速度的要求高，但運算結構簡(jiǎn)單，選用百萬(wàn)門(mén)級ＦＰＧＡ進(jìn)行硬件實(shí)現。

采用DSP＋FPGA混用的硬件系統就把兩者的優(yōu)點(diǎn)結合到一起，即兼顧了速度和靈活性，又滿(mǎn)足了底層信號處理和高層信號處理的要求。因此，非常適合實(shí)時(shí)信號處理系統。

實(shí)時(shí)信號處理系統是指對運算速度要求高、運算種類(lèi)多、寬帶數據傳輸的綜合性信息處理系統。

1．2 系統架構設計簡(jiǎn)介

CompactPCI作為PCI總線(xiàn)的電氣、軟件和工業(yè)組裝標準，是當今最新的計算機標準之一。CompactPCI總線(xiàn)的高速、堅固、可靠、穩定，與PCI軟件的良好兼容性，使得它成為工控領(lǐng)域最流行和通用的計算機接口總線(xiàn)。

CPCI目前最高傳輸速度528MB/s，可用的PCI－X的最高傳輸速度可達1066MB/s。

在高速堅固，可靠穩定的技術(shù)基礎上，本系統設計了可運用客戶(hù)自有協(xié)議的CPCI背板和接口統一、高度模塊化的CPCI業(yè)務(wù)板。

二. 綜合業(yè)務(wù)處理平臺

2．1 簡(jiǎn)述

綜合業(yè)務(wù)處理平臺是指在單一平臺實(shí)現多路信號預處理、復雜圖像算法、圖像顯示、數據存儲、系統控制等任務(wù)。這不僅要求硬件必須具備高性能，可以進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，同時(shí)，嵌入式的應用環(huán)境還要求體積小、重量輕、功能強、可靠性高。完整的系統由以下幾個(gè)模塊構成：箱體，電源，背板，A/D預處理板與信號處理板等。

2．2 箱體，電源和背板

箱體采用標準19英寸上架的外型尺寸。內部空間:支持2U 4槽CPCI背板;支持2個(gè)3U CPCI 電源。箱體背部雙電源輸入接口,通斷式開(kāi)關(guān)(支持常開(kāi))。以便響應斷電后系統重啟的要求。3U CPCI電源支持熱插拔；采用和系統一體的智能管理電源背板；支持AC輸入。背板上有4個(gè)6U插槽，每個(gè)插槽有5個(gè)插座：P1,P2,P3,P4,P5。P1,P2為標準PCI,提供5V/3.3V信號環(huán)境。系統槽P3,P3,P5定義按照系統板MIC-3369定義標準。擴展槽:P1,P2,P3,P4,P5 采用穿透型長(cháng)針,前后穿透,配護套。P1,P2這樣設計，前插板和后插板都可以根據實(shí)際需求從背板上取得供電。P3,P4,P5提供完善的信號前后路由。此外，3個(gè)擴展槽的P3之間、P4之間、P5之間設計為PIN TO PIN連通。這樣設計，為業(yè)務(wù)板間建立線(xiàn)性擴展，上一級處理模塊與下一級模塊通信建立了物理通信端口。