高手過招，玩轉(zhuǎn)視頻采集卡硬件設(shè)計(jì)！

　　目前嵌入式系統(tǒng)中元器件互連有許多方法，但高速總線主要還是RapidIO，以太網(wǎng)和PCIE。其中PCIE總線以其高帶寬，高可靠性以及高穩(wěn)定性而得到廣泛應(yīng)用，如存儲(chǔ)器，服務(wù)器，HBA和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。這里主要討論PCIE總線在視頻采集卡上的應(yīng)用，其實(shí)視頻采集卡也是HBA的一種，也是實(shí)現(xiàn)主機(jī)和外設(shè)之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換。

　　視頻采集卡是將模擬攝像機(jī)，錄像機(jī)，電視機(jī)等輸出的視頻數(shù)據(jù)輸入電腦，轉(zhuǎn)換成電腦可以識(shí)別的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，存儲(chǔ)以及編輯處理。按照用途可以分為廣播級(jí)，專業(yè)級(jí)和民用級(jí)視頻采集卡。按物理通道可以分為單通道，雙通道，4通道以及八通道視頻采集卡。視頻采集卡硬件框圖如下圖。

　　圖一：視頻采集卡硬件架構(gòu)

　　四通道HDMI視頻采集卡如圖二：

　　圖二：HDMI視頻采集卡

　　圖一是目前視頻采集卡非常主流的硬件架構(gòu)，Vedio Engine包括視頻編解碼器和FPGA，協(xié)議以及算法都由FPGA來實(shí)現(xiàn)，后面通過FPGA的Serdes接口送出到電腦，采用X4 PCIE2.0總線協(xié)議。PCIE總線發(fā)展到現(xiàn)在經(jīng)歷了3代，分別是GEN1 2.5GT/S, GEN2 5GT/S, GEN3 8GT/S，如果設(shè)置成X4，GEN2就可以滿足20GT/S的帶寬，基本可以滿足目前主流高清帶寬需求，所以主流的視頻采集卡都采用PCIE2.0。

　　如果是四通道視頻采集卡，視頻編解碼器當(dāng)然是四路，但FPGA將會(huì)有多種方案，如1個(gè)FPGA，2個(gè)FGPA或4個(gè)FPGA方案，2個(gè)FGPA方案使用率很低，性價(jià)比無任何優(yōu)勢(shì)。采用1個(gè)FPGA方案，F(xiàn)PGA就需要4條Serdes，目前FPGA在集成多個(gè)Serdes核方案的器件價(jià)格昂貴，不光是Serdes核的增加，IO資源也會(huì)相應(yīng)增加，但視頻采集卡由于成本壓力，不可能采用這么高端的FPGA，所以采用另一種方案比較多，也是目前主流方案，具體如圖三：

　　圖三：四通道視頻采集卡硬件架構(gòu)

　　圖三方案中加上了PLX PCIE Switch，有哪些優(yōu)勢(shì)：

　　• PLX高兼容性可以滿足所有客戶需求，客戶如果使用FPGA開發(fā)，會(huì)存在一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)就是不同處理器的兼容性問題，使用PLX Switch方案后，完全不用考慮這樣的風(fēng)險(xiǎn)。

　　• 使用PLX Switch，同樣可以實(shí)現(xiàn)FPGA之間數(shù)據(jù)交互，而不需要經(jīng)過CPU，減少延遲，提高整體性能。

　　• 可以大大減少成本。

　　• PLX Switch在視頻采集卡上工作在透明橋模式，不需要任何驅(qū)動(dòng)。

　　• 加入PCIE Switch后，可以解決FPGA的邏輯代碼移植問題。2通道，4通道以及8通道，如果采用圖二方案，這個(gè)時(shí)候邏輯代碼會(huì)有大的改動(dòng)，工作量增大，如果采用圖三方案，將不存在該問題，不管是高端還低端采集卡，F(xiàn)PGA每一路的邏輯代碼都完全一致，增加一路只需要在Switch選擇上有差異，而軟件無任何差異，可移植性高，減少開發(fā)難度，加速板卡上市時(shí)間。

　　針對(duì)圖三中主流的四通道架構(gòu)，PLX Switch可以選擇PEX8608，客戶如果有更多通道需求，如八通道，建議選擇PEX8618，但具體要根據(jù)客戶數(shù)據(jù)量來決定，系統(tǒng)架構(gòu)完全一致，對(duì)項(xiàng)目來說，只需要更換PCIE Switch就可以滿足不同應(yīng)用需求，軟件方面無需改動(dòng)，加速上市時(shí)間，搶占市場。

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