一种基于FPGA的多工业相机数据调度装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于FPGA的多工业相机数据调度装置，其包括多路海量数据输入单元、多路数据存储单元、数据传输控制单元、数据发送单元、控制指令接收单元；多路海量数据输入单元的输入端分别通过千兆以太网线路与多个工业相机对应连接，多路海量数据输入单元的输出端与多路数据存储单元对应连接；数据传输控制单元用于控制数据的传输以及对上位机控制指令的响应，数据发送单元与PHY连接，负责将已存储的数据向目的地发送，控制指令接收单元与PHY连接，负责对上位机发送的控制命令数据包进行接收和解包。本发明专利技术使得工业相机在与上位机进行实时数据传输的同时尽可能的减少现场布线，从而降低数据传输线路的出错几率，对系统稳定运行具有重要意义。

A Data Scheduling Device for Multi-industrial Camera Based on FPGA

The invention discloses a data dispatching device for multi-industrial cameras based on FPGA, which comprises a multi-channel mass data input unit, a multi-channel data storage unit, a data transmission control unit, a data transmission unit and a control instruction receiving unit; the input terminals of the multi-channel mass data input unit are respectively connected with a plurality of industrial cameras through a Gigabit Ethernet line, and multi-channel mass data transmission. The output end of the input unit is connected with the multi-channel data storage unit; the data transmission control unit is used to control the transmission of data and the response to the control instructions of the host computer. The data transmission unit is connected with PHY, which is responsible for sending the stored data to the destination, and the control instruction receiving unit is connected with PHY, which is responsible for receiving and unpacking the control command data package sent by the host computer. The invention enables the industrial camera to carry out real-time data transmission with the upper computer while minimizing the field wiring, thereby reducing the error probability of the data transmission line, and is of great significance to the stable operation of the system.

【技术实现步骤摘要】
一种基于FPGA的多工业相机数据调度装置
本专利技术属于数据传输
，具体涉及一种协助工业机器人运作的基于FPGA的多工业相机数据调度装置。
技术介绍
随着技术水平和产业要求不断提高，基于工业机器人的柔性视觉系统应用越来越广泛。工业相机安装至工业机器人的法兰末端，当工业机器人运动时，相机也随之运动。为了提高数据的传输效率，工业相机通常采用千兆以太网进行通讯，而且一台工业机器人往往有多台工业相机与之配合。传统的工业相机图像传输方式将单个相机采集到的图像经过单根以太网线路进行传输，现场布线复杂、成本高。以太网线缆受到拖拽容易磨损、断裂，由此引发数据丢失等问题严重影响正常工业生产。工业相机在与上位机进行实时数据传输的同时尽可能的减少现场布线，从而降低数据传输线路的出错几率对系统稳定运行具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术针对当前工业机器人多工业相机图像采集和传输方面的不足，提出一种协助工业机器人运作的基于FPGA的多工业相机数据调度智能装置。利用FPGA作为中间过渡单元，采用改进的数据循环调度方法将多条以太网线路的图像数据经过FPGA的处理后通过一条千兆以太网线路传输到PC上位机，使得工业相机在与上位机进行实时数据传输的同时尽可能的减少现场布线，从而降低数据传输线路的出错几率，对系统稳定运行具有重要意义。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种基于FPGA的多工业相机数据调度装置，其包括多路海量数据输入单元、多路数据存储单元、数据传输控制单元、数据发送单元、控制指令接收单元；所述多路海量数据输入单元的输入端分别通过千兆以太网线路与多个工业相机一一对应连接，多路海量数据输入单元的输出端与多路数据存储单元一一对应连接；所述数据传输控制单元用于控制数据的传输以及对上位机控制指令的响应，数据传输控制单元包括发送控制单元、控制指令解读单元、相机数据调度器和大容量数据存储器，其中，所述相机数据调度器与多路数据存储单元连接，所述大容量数据存储器与相机数据调度器连接，所述发送控制单元与相机数据调度器连接，发送控制单元还与数据发送单元连接，相机数据调度器负责将多路数据存储单元的数据发送给发送控制单元，由发送控制单元根据标准的以太网传输协议生成标准的数据包发送给数据发送单元；控制指令解读单元与控制指令接收单元连接，控制指令解读单元还与所述相机数据调度器连接，控制指令解读单元负责解读制指令接收单元传送过来的PC对相机的控制指令生并成相应的控制信号以及将控制信号传输给相机数据调度器；所述数据发送单元与PHY连接，负责将已存储的数据向目的地发送；所述控制指令接收单元与PHY连接，负责对上位机发送的控制命令数据包进行接收和解包。在上述技术方案中，所述四路数据存储单元由四个大小相等的异步FIFO构成，用于存储工业相机的图像数据。在上述技术方案中，FIFO和相机数据调度器之间的数据传输采用单级轮询调度算法，相机数据调度器对FIFO的存储状态进行循环检测，当检测某一个FIFO已存入的数据多于其自身存储容量的一半时，此时如果网络空闲，相机数据调度器调取对应FIFO中数据供数据发送单元发送；如果此时网络被占用，则相机数据调度器不会对FIFO中数据做调度操作，一旦网络空闲，才开始发送此FIFO中的数据；如果FIFO中的数据已经达到总存储容量的2/3，网络仍然被占用，则该FIFO中的数据将会被转移到大容量数据存储单元中，并记录其第一帧和最后一帧数据在大容量数据存储单元中的位置；相机数据调度器会对传输过数据FIFO进行记录：采用一个两位计数器，每有一个FIFO传输数据完成，计数器加一，当计数器数值变为11时，相机数据调度器会对大容量数据存储单元进行检测，当检测到大容量数据存储单元中有数据存在，则相机数据调度器会调度大容量数据存储单元中的数据进行传输，同时计数器清零；传输完成后，相机数据调度器继续对四个FIFO循环检测。在上述技术方案中，发送控制单元又分为发送数据包生成单元和发送流量控制单元，发送数据包生成单元负责根据标准的以太网传输协议生成标准的数据包，包括协议封装单元和校验码生成模单元；发送流量控制单元负责产生并发送PAUSE帧，负责完成数据通路的控制以及控制帧的重传。在上述技术方案中，控制指令解读单元内部含有指令表，其接收到控制指令后，控制指令解读单元会将控制指令与指令表比对，从而生成相应的控制信号；控制信号通过线路k_ctrl传输给相机数据调度器。进一步的说，当相机数据调度器收到控制指令解读单元的控制指令后，首先检测对应通路是否在大容量数据存储器中存有数据，如果有数据存在大容量数据存储器则优先发送该存储器中数据，如果对应通路没有存储在大容量数据存储器的数据，则调取对应通路FIFO中的数据进行传输。在上述技术方案中，控制指令接收单元主要由接收状态机、CRC单元和地址过滤单元组成。在上述技术方案中，所述多工业相机数据调度装置还包括寄存器，寄存器包括接收功能相关寄存器、发送功能相关寄存器、流量控制功能相关的寄存器、RGMII管理功能相关寄存器和中断相关寄存器等。接收功能相关寄存器负责按照标准的以太网传输协议判断接收的控制命令包是否满足规定允许的最大帧、最小帧长度，本站点MAC地址以及判断是否允许接收超长帧等；发送功能相关寄存器主要负责规定最小帧间间隔时间，最大允许重传次数，是否允许发送等功能；流量控制功能相关寄存器主要负责规定是否发送PAUSE帧；RGMII管理功能相关寄存器提供PHY寄存器地址、规定数据传输方式等；中断相关寄存器负责提供中断状态寄存器、中断屏蔽寄存器和中断清除寄存器。在上述技术方案中，所述多工业相机数据调度装置还包括RGMII管理模块，RGMII管理模块用于连接工业以太网的PHY层和MAC层，RGMII管理模块负责响应和清除主机的读/写PHY设备的命令，同时产生数据通路的控制信号；总线接口单元负责FPGA内嵌的ARM核与其他总线接口单元的通信与调配。本专利技术的优点和有益效果为：本专利技术利用FPGA作为中间过渡单元，采用改进的数据循环调度方法将多条以太网线路的图像数据经过FPGA的处理后通过一条千兆以太网线路传输到PC上位机，使得工业相机在与上位机进行实时数据传输的同时尽可能的减少现场布线，从而降低数据传输线路的出错几率，对系统稳定运行具有重要意义。附图说明图1是本专利技术的总体架构图。图2是本专利技术的IP核系统结构图。图3是本专利技术的四路数据存储单元的结构示意图。图4是本专利技术的数据传输控制单元的结构示意图。图5是本专利技术的数据调取算法实现流程图。图6是数据包生成流图。图7是发送状态机的状态转移图。图8是本专利技术的控制指令接收单元的结构示意图。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面结合具体实施例进一步说明本专利技术的技术方案。一种协助工业机器人运作的基于FPGA的多工业相机数据调度装置，其利用FPGA作为中间过渡单元，采用数据循环调度方法将多条以太网线路(本实施例以四条线路为例)的图像数据经过FPGA的处理后通过一条千兆以太网线路传输到PC上位机。系统的总体架构如图1所示。下面具体介绍所述FPGA的结构：其包括四路海量数据输入单元、四路本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于FPGA的多工业相机数据调度装置，其特征在于：其包括多路海量数据输入单元、多路数据存储单元、数据传输控制单元、数据发送单元、控制指令接收单元；所述多路海量数据输入单元的输入端分别通过千兆以太网线路与多个工业相机一一对应连接，多路海量数据输入单元的输出端与多路数据存储单元一一对应连接；所述数据传输控制单元用于控制数据的传输以及对上位机控制指令的响应，数据传输控制单元包括发送控制单元、控制指令解读单元、相机数据调度器和大容量数据存储器，其中，所述相机数据调度器与多路数据存储单元连接，所述大容量数据存储器与相机数据调度器连接，所述发送控制单元与相机数据调度器连接，发送控制单元还与数据发送单元连接，相机数据调度器负责将多路数据存储单元的数据发送给发送控制单元，由发送控制单元根据标准的以太网传输协议生成标准的数据包发送给数据发送单元；控制指令解读单元与控制指令接收单元连接，控制指令解读单元还与所述相机数据调度器连接，控制指令解读单元负责解读制指令接收单元传送过来的PC对相机的控制指令生并成相应的控制信号以及将控制信号传输给相机数据调度器；所述数据发送单元与PHY连接，负责将已存储的数据向目的地发送；所述控制指令接收单元与PHY连接，负责对上位机发送的控制命令数据包进行接收和解包。...

【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA的多工业相机数据调度装置，其特征在于：其包括多路海量数据输入单元、多路数据存储单元、数据传输控制单元、数据发送单元、控制指令接收单元；所述多路海量数据输入单元的输入端分别通过千兆以太网线路与多个工业相机一一对应连接，多路海量数据输入单元的输出端与多路数据存储单元一一对应连接；所述数据传输控制单元用于控制数据的传输以及对上位机控制指令的响应，数据传输控制单元包括发送控制单元、控制指令解读单元、相机数据调度器和大容量数据存储器，其中，所述相机数据调度器与多路数据存储单元连接，所述大容量数据存储器与相机数据调度器连接，所述发送控制单元与相机数据调度器连接，发送控制单元还与数据发送单元连接，相机数据调度器负责将多路数据存储单元的数据发送给发送控制单元，由发送控制单元根据标准的以太网传输协议生成标准的数据包发送给数据发送单元；控制指令解读单元与控制指令接收单元连接，控制指令解读单元还与所述相机数据调度器连接，控制指令解读单元负责解读制指令接收单元传送过来的PC对相机的控制指令生并成相应的控制信号以及将控制信号传输给相机数据调度器；所述数据发送单元与PHY连接，负责将已存储的数据向目的地发送；所述控制指令接收单元与PHY连接，负责对上位机发送的控制命令数据包进行接收和解包。2.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的多工业相机数据调度装置，其特征在于：所述四路数据存储单元由四个大小相等的异步FIFO构成。3.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的多工业相机数据调度装置，其特征在于：FIFO和相机数据调度器之间的数据传输采用单级轮询调度算法，相机数据调度器对FIFO的存储状态进行循环检测，当检测某一个FIFO已存入的数据多于其自身存储容量的一半时，此时如果网络空闲，相机数据调度器调取对应FIFO中数据供数据发送单元发送；如果此时网络被占用，则相机数据调度器不会对FIFO中数据做调度操作，一旦网络空闲，才开始发送此FIFO中的数据；如果FIFO中的数据已经达到总存储容量的2/3，网络仍然被占用，则该FIFO中的数据将会被转移到大容量数据存储单元...

【专利技术属性】
技术研发人员：王一，李辉，宋宝根，程佳，
申请(专利权)人：华北理工大学，
类型：发明
国别省市：河北,13