一种基于FPGA的CoaXPress接口数据到CameraLink接口数据的高速实时转换装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术是一种基于FPGA的CoaXPress接口数据到CameraLink接口数据的高速实时转换装置及方法。本发明专利技术涉及星载高速数据传输技术技术领域，所述装置包括：FPGA、CoaXpress接口和CameraLink接口；CoaXpress接收通路的接口连接器能够接收两路信号，分别通过两个CoaXpress接口芯片与FPGA通信；CameraLink 80bit发送通路使用三片接口芯片连接到两个CameraLink接口连接器。本发明专利技术采用基于BlockRAM的乒乓缓存的读写方式，相比片外缓存传输延时更低，保障了高速数据传输的实时性。保障了高速数据传输的实时性。保障了高速数据传输的实时性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于FPGA的CoaXPress接口数据到CameraLink接口数据的高速实时转换装置及方法


[0001]本专利技术涉及星载高速数据传输
，是一种基于FPGA的CoaXPress接口数据到CameraLink接口数据的高速实时转换装置及方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着星载图像处理技术在遥感领域的逐步应用，遥感图像处理载荷对高速图像传输接口的速率提出了更高的要求。常见的星载图像传输接口包括CameraLink、TLK2711和CoaXPress。
[0003]CameraLink接口针对工业相机高带宽和灵活性的需求，具备Lite、Base、Medium、Full和80bit五种不同的传输模式。80bit模式是这五种传输模式中速率最高的一种，其最大传输带宽为6.8Gbps，需要同时使用3片接口芯片和2个连接器。面对广域遥感图像这类巨大的图像数据，目前往往采用多路CameraLink 80bit接口并联的方式，这一方面会带来多路传输不同步和误码率增大的风险，另一方面会占据相机和图像处理载荷较大的体积。因此CameraLink接口逐渐难以满足高速星载图像传输的实际需求。
[0004]TLK2711接口采用TLK2711
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SP超高速点对点数据传输芯片，采用8b/10b编码，有效数据带宽为2Gbps。常常作为高分遥感这类成像数据量较小的相机接口，难以满足海量的实时图像传输需求。
[0005]CoaXPress接口支持最大12.5Gbps的下行传输速率，并且具备最大41.6Mbps的上行传输速率，上行端口能够对相机进行配置。CoaXPress接口可以使用电磁兼容性(Electromagnetic Compatibility，EMC)性能更好的Micro
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BNC连接器及同轴线缆，面对星上恶劣的使用环境，具备更高的技术可靠性。因此，面对CoaXPress接口正在逐渐取代CameraLink接口，在星载图像高速传输
得到广泛应用。
[0006]目前，星载图像高速传输技术面临两个主要问题。其一，为了获取更高分辨率和更广区域的遥感图像，海量数据的传输压力迫使遥感相机不得不使用传输速率更高的CoaXPress接口。然而，CameraLink接口依旧是星上综合电子平台和固存系统的主流接口。两者接口速率的不匹配和接口形式的不一致成为了亟待解决的问题之一。其二，海量的图像数据对遥感图像处理载荷的缓存容量和传输的实时性都提出了较高的要求，如何保障海量图像数据传输的实时性也是亟待解决的问题之一。

技术实现思路

[0007]本专利技术为克服现有技术的不足，本专利技术用以实现CoaXPress接口数据到CameraLink接口数据的高速实时转换为目标，以Xilinx公司具备GTH/GTX高速收发器的FPGA、CoaXPress接口和CameraLink接口为主要硬件，设计一种能够满足高速实时地将CoaXPress接口数据转换成CameraLink接口数据的方法，其最大延时为传输一行图像的时间，满足星上实时图像处理的现实需求。
[0008]需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0009]本专利技术提供了一种基于FPGA的CoaXPress接口数据到CameraLink接口数据的高速实时转换装置及方法，本专利技术提供了以下技术方案：
[0010]一种基于FPGA的CoaXPress接口数据到CameraLink接口数据的高速实时转换装置，所述装置包括：FPGA、CoaXpress接口和CameraLink接口；
[0011]CoaXpress接收通路的接口连接器能够接收两路信号，分别通过两个CoaXpress接口芯片与FPGA通信；CameraLink 80bit发送通路使用三片接口芯片连接到两个CameraLink接口连接器。
[0012]优选地，FPGA用于负责CoaXPress接口数据到CameraLink接口数据的高速实时转换，使用内部的GTH/GTX高速收发器从CoaXPress接口接收图像数据，使用可编程逻辑资源和片上Block RAM缓存进行图像数据实时转换，使用可配置IO发送图像数据至CameraLink接口。
[0013]优选地，一组CoaXPress接口采用两片CoaXPress接口芯片，使用一个双路CoaXPress连接器，该接口负责从相机接收图像数据，具体设计可以根据实际应用需求进行调整和数量扩展。
[0014]优选地，一组CameraLink 80bit接口采用三片CameraLink接口芯片，其中两片连接在同一个连接器上，另一片单独使用一个连接器，共计使用两个连接器。
[0015]优选地，CameraLink 80bit接口负责将转换后的图像数据发送出去，根据实际需求修改为Lite、Base、Medium、Full模式使用或进行数量拓展。
[0016]一种基于FPGA的CoaXPress接口数据到CameraLink接口数据的高速实时转换方法，所述方法包括以下步骤：
[0017]步骤1：通过使用FPGA内部的混合模式时钟管理器提供不同的时钟源，其中，数据接收部分使用的drp_clk时钟频率为100Mhz，数据解码和数据转换部分使用的sys_clk为250Mhz，数据转换部分使用的cam_clk为85Mhz；
[0018]步骤2：数据接收部分由GTH
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Aurora 8b/10b串行转换模块和GTH读写模块组成，GTH
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Aurora 8b/10b串行转换模块接收分别来自两片CoaXPress接口芯片的两对高速串行差分信号，同时接收来自板载晶振输出的125Mhz差分时钟，串行转换模块从高速串行差分提取出有效的并行数据，同时提取出包含数据时钟和K码等信息的控制信息；
[0019]步骤3：数据解码包含gth0解码模块、gth1解码模块和数据同步模块，gth0和gth1负责接收数据时钟、数据和控制K码，在数据时钟下根据控制K码包含的信息提取出有效的图像数据data0和data1；
[0020]步骤4：数据转换包含数据转换/缓存模块和CameraLink 80bit发送模块，数据转换/缓存模块内部通过一个状态机控制两个Block RAM进行乒乓读写，每个Block RAM各缓存一行的图像数据，由状态机控制交替进行读或写；
[0021]步骤5：当第n行图像数据正在写入一个Block RAM时，另一个Block RAM有足够的时间去发送第n
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1行的数据，发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA的CoaXPress接口数据到CameraLink接口数据的高速实时转换装置，其特征是：所述装置包括：FPGA、CoaXpress接口和CameraLink接口；CoaXpress接收通路的接口连接器能够接收两路信号，分别通过两个CoaXpress接口芯片与FPGA通信；CameraLink 80bit发送通路使用三片接口芯片连接到两个CameraLink接口连接器。2.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的CoaXPress接口数据到CameraLink接口数据的高速实时转换装置，其特征是：FPGA用于负责CoaXPress接口数据到CameraLink接口数据的高速实时转换，使用内部的GTH/GTX高速收发器从CoaXPress接口接收图像数据，使用可编程逻辑资源和片上Block RAM缓存进行图像数据实时转换，使用可配置IO发送图像数据至CameraLink接口。3.根据权利要求2所述的一种基于FPGA的CoaXPress接口数据到CameraLink接口数据的高速实时转换装置，其特征是：一组CoaXPress接口采用两片CoaXPress接口芯片，使用一个双路CoaXPress连接器，该接口负责从相机接收图像数据，具体设计可以根据实际应用需求进行调整和数量扩展。4.根据权利要求3所述的一种基于FPGA的CoaXPress接口数据到CameraLink接口数据的高速实时转换装置，其特征是：一组CameraLink 80bit接口采用三片CameraLink接口芯片，其中两片连接在同一个连接器上，另一片单独使用一个连接器，共计使用两个连接器。5.根据权利要求4所述的一种基于FPGA的CoaXPress接口数据到CameraLink接口数据的高速实时转换装置，其特征是：CameraLink 80bit接口负责将转换后的图像数据发送出去，根据实际需求修改为Lite、Base、Medium、Full模式使用或进行数量拓展。6.一种基于FPGA的CoaXPress接口数据到CameraLink接口数据的高速实时转换方法，其特征是：所述方法包括以下步骤：步骤1：通过使用FPGA内部的混合模式时钟管理器提供不同的时钟源，其中，数据接收部分使用的drp_clk时钟频率为100Mhz，数据解码和数据转换部分使用的sys_clk为250Mhz，数据转换部分使用的cam_clk为85Mhz；步骤2：数据接收部分由GTH
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Aurora 8b/10b串行转换模块和GTH读写模块组成，GTH
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【专利技术属性】
技术研发人员：彭宇，刘连胜，邵文逸，刘梓豪，刘大同，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：