基于CPCI总线架构的实时图像信号处理平台

liyf

DSP+FPGA混用设计
为了提高算法效率，实时处理图像信息，本处理系统是基于DSP+FPGA混用结构设计的。业务板以FPGA为处理核心，实现数字视频信号的实时图像处理，DSP实现了部分的图像处理算法和FPGA的控制逻辑，并响应中断，实现数据通信和存储实时信号。
首先，本系统要求DSP可以满足算法控制结构复杂、运算速度高、寻址灵活、通信能力强大的要求。所以，我们选择指令周期短、数据吞吐率高、通信能力强、指令集功能完备的DSP。同时也考虑了DSP功耗和开发支持环境等要素。
由于从探测仪传来的低层A／D信号，其差值预处理算法的数据量大，对处理速度的要求高，但运算结构简单，选用百万门级FPGA进行硬件实现。采用DSP+FPGA混用的硬件系统就把两者的优点结合到一起，即兼顾了速度和灵活性，又满足了底层信号处理和高层信号处理的要求。因此，非常适合实时信号处理系统。
系统架构设计
CompactPCI作为PCI总线的电气、软件和工业组装标准，是当今最新的计算机标准之一。CompactPCI总线的高速、坚固、可靠、稳定，与PcI软件的良好兼容性，使得它成为工控领域最流行和通用的计算机接口总线。
CPCI目前最高传输速度528Mb／s，可用的PCI-X的最高传输速度可达1066Mb／s。
在高速坚固，可靠稳定的技术基础上，本系统设计了可运用客户自有协议的CPCI背板和接口统、高度模块化的CPCI业务板。






综合业务处理平台

综合业务处理平台是指在单一平台实现多路信号预处理、复杂图像算法、图像显示、数据存储、系统控制等任务。这不仅要求硬件必须具备高性能，可以进行实时处理，同时，嵌入式的应用环境还要求体积小、重量轻、功能强、可靠性高。
完整的系统由以下几个模块构成：箱体，电源，背板，A／D预处理板与信号处理板等。
箱体，电源和背板
箱体采用标准19英寸上架的外型尺寸。内部空间：支持2U 4槽CPCI背板；支持2个3UCPCI电源。箱体背部双电源输入接口，通断式开关(支持常开)。以便响应断电后系统重启的要求。
3U CPCI电源支持热插拔；采用和系统一体的智能管理电源背板；支持AC输入。
背板上有4个6U插槽，每个插槽有5个插座：P1，P2，P3，P4，P5。P1，P2为标准PCI，提供5V／3.3V信号环境。
系统槽P3，P3，P5定义按照系统板MIC-3369定义标准。
扩展槽：P1，P2，P3，P4，P5采用穿透型长针，前后穿透，配护套。P1，P2这样设计，前插板和后插板都可以根据实际需求从背板上取得供电。P3，P4，P5提供完善的信号前后路由。
此外，3个扩展槽的P3之间、P4之间、P5之间设计为PIN TO PIN连通。
这样设计，为业务板间建屯线性扩展，上一级处理模块与下一级模块通信建立了物理通信端口。
A／D预处理板
考虑到系统每个业务板都要处理多路输入，而且工程安装设备要求便利，我们专门为模拟输入的信号调理设计一个标准的处理模块：尺寸为233.35mm×80mm×1槽空间。这样信号线全部在箱体后部接入。每个业务板一一对应预处理的数字信号按照预定的方式通过P5高速传送到对应业务板上的FIFO。FIFO控制器根据触发的有效来变换工作方式。







结语

采用本文介绍的体系结构，能够在一个开放的模块化的平台上迅速实现高密度高可靠性的系统。它具有以下特点：
1．低MTTR，高可用性；
2．系统配置灵活和升级、维护方便；
3．方便实施系统定制，降低研发成本；
4．迅速实现专属应用，提高竞争优势。