基于PCIExpress的高速红外图像采集系统

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1、第33卷第1期红外技术Vol.33No.12011年1月InfraredTechnologyJan.2011基于PCIExpress的高速红外图像采集系统兰春嘉，汤心溢，王世勇，黎绍秀（中国科学院上海技术物理研究所，上海200083）摘要：介绍了一种基于PCIExpress（PCI-E）总线的高速红外图像采集系统。重点介绍了PCI-E图像采集板卡的硬件设计和主机的软件设计，PCI-E图像采集板卡采用了基于FPGA的硬件结构，主机的软件设计包括驱动程序和应用程序两部分。经实验测试，此高速红外图像采集系统能完成红外图像的实时采集、显示及存储，性能稳

2、定可靠。系统适用于高帧频、大数据量的红外图像实时采集。关键字：红外图像；采集系统；PCIExpress；FPGA中图分类号：TN216文献标识码：A文章编号：1001-8891(2011)01-0037-04High-speedInfraredImageAcquisitionSystemBasedonPCIExpressLANChun-jia，TANGXin-yi，WANGShi-yong，LIShao-xiu(ShanghaiInstituteofTechnicalPhysics,ChineseAcademyofSciences,Shangh

3、ai200083,China)Abstract：Thispaperintroducesahigh-speedinfraredimageacquisitionsystembasedonPCIExpress.ThepaperismainlyonthehardwaredesignofthePCI-Eacquisitionboardandthesoftwaredesignofthehost.ThePCI-EacquisitionboardusesFPGAasthemaincontroller.Thesoftwaredesignofthehostincl

4、udesdriversandapplicationprogram.Accordingtotheexperimentresult,thesystemcanperformreal-timeacquisitionofinfraredimagestablyandreliably.Thesystemcanbeappliedtoreal-timeacquisitionofinfraredimagewithhighframerateandmassivedata.Keywords：infraredimage，acquisitionsystem，PCIExpre

5、ss，FPGA有自己的专用连接，不需要像传统总线那样共享带引言宽，因此能达到PCI、AGP等并行总线所不能提供的红外探测技术具有被动探测、昼夜工作等突出优高带宽。PCI-E总线的规格从1通道到32通道不等，势，被广泛应用于各类遥感探测应用领域。近年来，其1通道单向传输带宽可达250MBytes/s，8通道单随着半导体制造工艺的进步，红外探测器也因而飞速向传输带宽可达2GBytes/s，而32通道的单向传输带发展，探测器的规模也在不断增大。宽可达8GBytes/s，可以满足不同系统设备对数据传随着红外探测器规模的增大，需要传输和处理的输带宽不同的

6、需求。此外，PCI-E采用串行方式传递数据量也越来越大，相应地就需要更高速的红外图像数据，减少了接口的针脚数，降低了PCI-E设备的体采集系统来完成红外图像数据的采集。传统的红外图积和成本。[1,2]像采集系统大多是基于PCI或USB的图像采集卡。由此可见，基于PCI-E总线的红外图像采集系统，由于PCI总线是并行总线，扩展性较差，当连接多个能有效提高系统的数据传输速率，是高帧频、大数据设备时，总线的有效带宽将大幅降低，传输速率变慢，量的实时红外图像采集系统的有效解决方案。且线间干扰也可能导致系统工作异常；而基于USB的1系统总体架构红外图像采

7、集系统理论上的极限速率为60MBytes/s，只适用于数据率较低的应用场合。鉴于以往红外图像红外图像采集系统组成框图如图1所示。系统采采集系统的不足，本设计选择了基于PCIExpress用FPGA作为图像采集卡的核心控制器，红外探测器（PCI-E）总线的数据采集系统实现数据采集。采集到的图像通过通用差分I/O口传入FPGA，FPGAPCI-E是新一代的I/O总线结构，与传统总线结构内部逻辑对图像完成必要的时序控制和相关处理后不同的是它采用了点对点串行连接方式，每个设备都将图像存储到片外的DDR2SDRAM中缓存，之后采收稿日期：2010-10-

8、29.作者简介：兰春嘉（1987-），男，博士研究生，研究方向为红外信号与信息处理。37第33卷第1期红外技术Vol.33No.12011年1月Inf