Camera Link协议和FPGA的数字图像信号源设计之一 信号传输, 记录器, 航空航天, 信号源, 接口

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　1 引言

　　目前，各种图像设备已广泛应用到航空航天、军事、医疗等领域。图像信号源作为地面图像采集装置测试系统中的一部分，其传输方式及信号精度都是影响系统性能的重要因素。由于图像信号的传输速率高，数据量大，在传输过程中，其精度和传输距离易受影响。为了提高信号传输距离和精度设计了由FPGA内部发出图像数据，并通过FPGA进行整体时序控制；输出接口信号转换成符合Camera Link标准的低电压差分信号(LVDS)进行传输。该图像信号源已成功应用于某弹载记录器的地面测试台系统中。

　　2 Camera Link接口及图像数据接口信号

　　Camera Link标准是由国家半导体实验室(National Semiconductor)提出的一种Channel Link技术标准发展而来的，该接口具有开放式的接口协议，使得不同厂家既能保持产品的差异性，又能互相兼容。它在传统LVDS传输数据的基础上又加载了并转串发送器和串转并接收器，可在并行组合的单向链路、串行链路和点对点链路上，利用SER／DES(串行化／解串行化)技术以高达4.8 Gb／s的速度发送数据。CameraLink标准使用每条链路需两根导线的LVDS传输技术。驱动器接收28个单端数据信号和1个时钟信号，这些信号以7：1的比例被串行发送，也就是5对LVDS信号通道上分别传输4组LVDS数据流和1组LVDS时钟信号，即完成28位数据的同步传输只需5对线，而且在多通道66 MHz像素时钟频率下传输距离可达6 m。

　　Camera Link是在Channel Link的基础上增加了一些相机控制信号和串行通信信号，定义出标准的接头也就是标准化信号线，让Camera及影像卡的信号传输更简单化，同时提供基本架构(Base Configuration)、中阶架构(Medium Configuration)及完整架构(Full Configuration)三种：基本架构属单一Camera Link元件，为单一接头；中阶架构属双组Camera Link元件，为双组接头；完整架构属三组Camera Link元件，为三组接头。

　　传输数据时使用的视频同步信号固定不变，分别为： 帧同步信号FVAL：当FVAL为高电平时，正输出一帧有效数据；行同步信号LVAL：当LVAL为高电平时，正输出一个有效像元行(在两个有效像元行中间，LVAL会跳过几个无效的像素点，可在实际应用时设定跳过的像素点数)；数据有效信号DVAL：当FVAL和LVAL为高时，DVAL为高电平，正输出有效的数据；SPARE为备用信号。

　　设计中使用了FVAL和LVAL信号，当FVAL和LVAL信号都为高电平时，图像信号源数据在像素时钟信号PIXCLK的控制下依次发送。其接口信号时序如图1所示。

　　3图像信号源的设计实现

　　3.1设计方案

　　检测图像数据记录装置性能、图像信号源的标准图像生成有两种方法。一种是用FPGA直接生成信号，输出图像为0～255的灰度值图像；另一种是通过上位机软件下载图像到信号源中，FPGA产生视频同步信号和进行整体逻辑控制。