基于PCI ExPress實時視頻采集系統(tǒng)的設(shè)計

3．2 FPGA
3．2．1 FPGA器件選型
FPGA型號的選擇主要基于以下方面考慮：具有PCIExpress總線；通道不低于x8；具有嵌入式微處理器；合適的I／O管腳數(shù)和資源，支持所需的電平標(biāo)準(zhǔn)；具有較低的功耗；合適的性價比。
因此，選擇Xilinx公司的Virtex-5系列的XC5VFX3-0T，封裝為FF665 PCI Express總線；具有PowerPC440嵌入微處理器。配置芯片選用容量為1 GB的CF卡。
3．2．2 FPGA的性能和資源
1)時鐘資源32條全局時鐘總線，對整個器件上的所有資源進行時鐘控制，且可以驅(qū)動邏輯信號；
2)時鐘管理技術(shù) 時鐘去歪斜、頻率合成、相移和動態(tài)重配置等功能；
3)鎖相環(huán)作為廣譜頻率的頻率合成器，并且與CMT的DCM配合作為外部或內(nèi)部時鐘的抖動濾波器；
4)BLOCK RAM 2 448 Kb，可配置為RAM、雙口RAM和FIFO等，且其內(nèi)容能夠初始化；
5)可配置邏輯塊 實現(xiàn)組合邏輯和時序邏輯的主要資源；
6)SelectIO資源 可支持種類繁多的標(biāo)準(zhǔn)接口。包括輸出強度和斜率的可編程控制以及實現(xiàn)數(shù)控阻抗的片上終端；
7)SelectIO邏輯資源 包括組合輸入／輸出、三態(tài)輸出控制、寄存輸入／輸出、寄存三態(tài)輸出控制、DDR輸入／輸出和DDR輸出三態(tài)控制；
8)高級SelectIO邏輯資源 輸入串并轉(zhuǎn)換和輸出并串轉(zhuǎn)換；
9)DSP邏輯片 64個550 MHz DSP48E slice，每個DP48E包括1個28x18的乘法器、1個加法器和1個累加器。利用Xilinx ISE的FPGA Edit也可觀察FPGA的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
3．3 數(shù)據(jù)緩存
由于PCI Express的總線波特率為2．5 Gbps，遠大于1路采集后的數(shù)字視頻信號。當(dāng)視頻數(shù)據(jù)經(jīng)并行總線傳入FPGA內(nèi)，通過配置為異步輸入輸出的FIFO進行數(shù)據(jù)緩存，提高總線使用效率。如果PCI Express總線為×1通道，PAL制式視頻轉(zhuǎn)換為常用的8位4：2：0的YUV格式數(shù)字視頻，按照PCIExpress總線傳輸有效數(shù)據(jù)1．62 Gb／s計算，理論上可以傳輸36路。
3．4 FCI Express接口實現(xiàn)
利用具有PCI Express的FPGA來設(shè)計，選用Xilinx公司的Virtex-5 LXT系列的FPGA，利用其內(nèi)的PCI Express IP核進行設(shè)計，完成功能如下：用戶接口的本地鏈路成幀接口；64位數(shù)據(jù)總線寬度與3位提醒總線；包化接口，帶用于標(biāo)記包的幀起始(SOF)和幀結(jié)束(EOF)；傳輸和接收方向用戶接口的包中斷特性；幀錯誤檢測支持；多通道配置支持：×1、×2、×4和×8；這里通道配置為×1；每通道1．62 Gb／s或更高的吞吐量；利用集成端點模塊中的自動協(xié)商功能，可以在某些通道不能工作時使設(shè)計使用較低的帶寬；物理層中使用的8B／10B解碼和解碼。此方案雖開發(fā)難度大、周期長，但具有外電路圍簡單，硬件成本低，設(shè)計靈活、集成度高且易升級等特點。其接口電路如圖3所示。