CN103049413A - 基于FC与Camlink总线的数据转换与传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于FC与Camlink总线的数据转换与传输方法，解决利用Camlink总线传输LVDS图像数据的子系统之间通过FC主干网络进行数据通信的问题。本发明的方案中，FPGA逻辑设计实现LVDS接口采样及发送功能、FC MAC层接口功能、FC数据收/发控制功能，并通过接口转换逻辑实现LVDS数据缓存、FC-AE-ASM协议下的格式转换及FC消息硬件组帧和重组功能。本发明配置灵活，适用性强，使用方便。

Description

基于FC与Camlink总线的数据转换与传输方法

技术领域：

本发明属于计算机通信技术，涉及通信网络中一种在FC（光纤通信总线）与Camlink两种总线之间基于FC-AE-ASM协议实现LVDS图像数据实时传输的技术。

背景技术：

随着航空技术的不断发展，新一代飞机的航电系统正朝着高度综合化的方向发展。主干通信网络不但要传输命令、控制、状态等小数据量信息，还需要实时传输LVDS视频图像等大数据量的信息。由于FC总线具有高带宽、低延迟、高可靠和支持交换网络等特点，因此作为新一代飞机的主干网络，基于FC-AE-ASM协议，在构建大规模分布式实时系统的同时能够满足LVDS图像等大数据量信息对于网络带宽、管理、应用等的较高要求。

LVDS图像数据由机上的图像采集子系统生成并需要通过FC主干网络传输给图像处理和显示子系统。在子系统内部，采用专用于图像传输和显示的Camlink总线，通过将19对LVDS差分信号转换为5对Camlink差分信号，以实现LVDS图像数据的高质量传输。

因此，要实现图像采集子系统与图像处理及显示子系统间的LVDS图像数据传输，需要提供一种FC总线接口与Camlink总线接口之间的数据转换技术，基于FC网络FC-AE-ASM协议，实现LVDS图像数据在FC与Camlink这两种总线之间的实时转换和传输。

发明内容：

本发明的目的是提供一种基于FC与Camlink总线的数据转换与传输方法，解决利用Camlink总线传输LVDS图像数据的子系统之间通过FC主干网络进行数据通信的问题。

本发明的技术解决方如下：

基于FC与Camlink总线的数据转换与传输方法，

其中，LVDS图像数据由Camlink至FC总线数据转换与传输包括以下步骤：

1）通过串口设置需要采集的LVDS图像所对应的行数、列数、行间隔、像素时钟等采样参数以及FC发送消息的D_ID和MsgID值，配置管理逻辑将参数信息写入FLASH存储，更新参数设置标志；若无参数设置，则逻辑内部按照默认参数运行；

2）通过Camlink解码芯片将Camlink差分信号转换为LVDS差分信号，LVDS采样接口接收LVDS差分信号，获取LVDS图像数据信息；

3）FC发送管理逻辑判断是否有新的LVDS采样参数，如果有新参数，则读取新的采用参数并按照该参数对应的时序进行LVDS数据采样，若无新参数，则按照默认的LVDS采样时序进行采样；

4）FC发送管理逻辑按行进行LVDS图像数据采样，根据FC参数完成FC消息的硬件组帧并将数据帧写入FC发送缓冲区，将当前缓冲区状态通知FC发送状态模块；

5）FC发送控制逻辑查询发送缓冲区状态；

6）若FC发送缓冲区若有待发送的FC消息则转步骤7）；若无待发送FC消息则重复步骤5）；

7）FC发送控制逻辑将当前发送缓冲区中的数据帧送入FC MAC，更新发送状态；

8）FC数据帧发送至FC网络；

LVDS图像数据由FC至Camlink总线数据转换与传输包括以下步骤：

9）通过串口设置需要发送的LVDS图像所对应的行数、列数、行间隔、像素时钟等参数，配置管理逻辑将参数信息写入FLASH存储,更新参数设置标志；若无设置，则逻辑按照默认参数进行LVDS数据发送；

10）FC接收状态机响应MAC层FC数据接收；

11）若接收到FC消息，则转步骤4）；若未接收到FC消息，则重复步骤2）；

12）FC接收控制逻辑接收FC数据帧，读取payload中所包含的LVDS图像行数据信息并写入FC接收缓冲区，完成FC消息的硬件重组,待整帧LVDS图像信息接收完成后通知FC接收状态模块；

13）LVDS发送管理逻辑查询FC接收缓冲区状态；

14）若FC接收缓冲区有整帧LVDS图像数据，则转步骤7）；若FC接收缓冲区没有数据，则重复步骤5）；

15）LVDS发送管理逻辑判断是否有新的LVDS图像发送参数，若有，则读取LVDS图像发送参数并按照该参数所对应的时序将LVDS信号经LVDS发送接口发出；若没有新参数，则按照默认时序将LVDS信号经LVDS发送接口发出；

16）Camli nk解码芯片将LVDS差分信号转换为Camlink差分信号，发送至Camlink总线。

本发明的优点是：

专用接口转换功能：本设计为一种全新的接口转换技术，提供了一种专用的在FC总线接口与Camlink总线接口之间基于FC-AE-ASM协议完成LVDS图像数据转换和实时传输的实现方法；

配置灵活，适用性强：提供串行接口，可根据不同的应用配置采集和发送的LVDS图像的行数、列数、行间隔、像素时钟以及FC帧消息D_ID等参数，可应用于各种处理LVDS图像数据的图形图像系统；FC接口基于标准协议进行开发，可满足与各种符合FC-AE-ASM协议的FC节点机和FC交换机进行通信；

使用方便：将FC光接口与系统FC网络相连，将Camlink总线接口与子系统Camlink总线相连，模块上电即可由硬件实时完成FC与Camlink总线间LVDS图像数据的采集、缓存、硬件组帧、重组与数据发送工作；

功耗低、体积小：本设计基于FPGA进行开发，因此转换接口模块具有功耗低、体积小等特点。

附图说明

图1是FC与Camlink总线间LVDS数据转发逻辑结构图；

图2是LVDS信号时序图；

图3是LVDS图像数据由Camlink至FC总线数据传输流程图；

图4是LVDS图像数据由FC至Camlink总线数据传输流程图。

具体实施方式:

本发明的方案中，接口转换基于FPGA设计实现，FPGA周边配置Camlink总线接口电路、光电收发器及其他相应外设电路。提供串行接口配置需要接收和发送的LVDS图像参数信息以及FC参数信息。Camink总线接口电路实现Camlink总线与LVDS总线之间差分电信号的转换。FPGA逻辑设计实现LVDS接口采样及发送功能、FC MAC层接口功能、FC数据收/发控制功能，并通过接口转换逻辑实现LVDS数据缓存、FC-AE-ASM协议下的格式转换及FC消息硬件组帧和重组功能。

下面结合附图对实施方式进行具体说明。

首先对FC与Camlink总线间LVDS图像数据转发的逻辑架构及设计实现进行介绍，如图1所示：转换接口基于FPGA进行设计，配合相应外设实现参数设置和数据转发等功能。

FPGA外部配置MAX3232串口驱动器和FLASH存储器，通过相应的接口控制器和存储器管理器IP核由配置管理逻辑实现参数设置和数据管理功能，通过参数设置标志表明是否进行参数设置。通过串行接口，能够将需要采集的LVDS图像参数、需要发送的LVDS图像参数及FC_MsgID、FC_D_ID等参数进行设置并存储。如图2所示，LVDS图像参数包括:LVDS图像行数R、图像列数C、行间隔N、像素时钟T等。

FC总线接口由光电收发器、MGT及FC IP核等实现。通过光电收发器实现FC电信号至光信号的转换；Serdes基于FPGA的MGT，实现FC信号的串/并转换、8B/10B编码、时钟恢复以及CRC校验等功能；采用FC MAC协议IP核处理FC链路原语信号及原语序列，实现对FC数据帧的解析和封装。

Camlink解码芯片将5对Camlink差分信号转换为19对LVDS差分信号，输入FPGA的LVDS采样接口，包括16对数据信号、1对时钟信号、1对数据有效信号和1对帧同步信号。Camlink编码芯片将LVDS发送接口输出的19对LVDS差分信号转换为5对Camlink差分信号，输出至Camlink总线。

LVDS采样接口负责接收LVDS差分信号并将采样数据提交给FC发送管理逻辑。发给管理逻辑通过参数设置标志判断是否有新设置参数，若有则读取当前接收LVDS图像的相关参数，若没有则采用默认参数，按照图像参数对应的时序要求对LVDS信号进行采样。基于FC总线FC协议的分段与重组机制，通过硬件逻辑，结合FC消息参数值,对采集到的每一行LVDS图像数据进行组帧(第1行图像数据对应当前序列的第1个FC数据帧…第n行图像数据对应第n个FC数据帧)，并将组织好的FC帧信息写入FC发送缓冲区，发送缓冲区采用双缓机制，缓冲区大小为一个数据帧的长度。组帧规则如下，SOF字段：若为第一帧，则填充SOFi3；若为后续帧，则填充SOFn3。EOF字段：若为最后一帧，则填充EOFtN；若为其他帧，则填充EOFnN。Header_2字段：若为最后一帧，则填充0x493A0018，若为其他帧，则填充0x49320018。Seq_CNT字段：按照发送对应每一行图像数据的顺序进行填充。Header_5字段：根据发送行数所对应的偏移量×行数据长度的结果进行填充。D_ID字段：填充设置的D_ID参数值。可选帧头前4Byte：填写配置的消息ID值FC_MsgID。可选帧头最后24bit：根据图像数据大小填写消息长度Msg_Length。行数据组帧完成后写入FC发送缓冲区，FC发送管理逻辑将当前缓冲区状态通知FC发给状态模块，FC发送控制逻辑响应发送缓冲区状态变化，将当前发送缓冲区中的数据帧取出提交给FC MAC并更新发送缓冲区状态。

FC接收控制逻辑负责响应接口状态机并接收FC数据帧，完成接收序列中FC消息的硬件重组工作，将接收到的FC帧所包含的LVDS图像行数据信息依次写入FC接收缓冲区，最终完成整帧LVDS图像的拼接。接收缓冲区采用双缓机制，深度为整幅LVDS图像的大小。硬件重组规则为：根据FC消息帧头中的Seq_CNT字段判断数据帧在序列中的位置，并将数据帧payload所包含的LVDS图像行数据信息写入接收缓冲区；读取Header_5字段获取偏移量信息，按照此偏移将有效数据依次写入接收缓冲区；根据可选帧头最后24bit的长度信息判断整帧LVDS图像是否接收完成。待整帧LVDS图像接收完成，FC接收控制逻辑通知FC接收状态模块，LVDS发送管理逻辑响应FC接收缓冲区状态变化，读取LVDS发送图像参数（若没有则采用默认参数），从当前FC接收缓冲区中将数据取出并按照相应的发送时序要求将LVDS信号经LVDS发送接口发出。

下面对LVDS图像数据由Camlink至FC总线数据传输流程进行介绍，如图3所示：

1）通过串口设置需要采集的LVDS图像所对应的行数、列数、行间隔、像素时钟等采样参数以及FC发送消息的D_ID和MsgID值，配置管理逻辑将参数信息写入FLASH存储，更新参数设置标志；若无参数设置，则逻辑内部按照默认参数运行；

2）通过Camlink解码芯片将Camlink差分信号转换为LVDS差分信号，LVDS采样接口接收LVDS差分信号，获取LVDS图像数据信息；

3）FC发送管理逻辑判断是否有新的LVDS采样参数，如果有新参数，则读取新的采用参数并按照该参数对应的时序进行LVDS数据采样，若无新参数，则按照默认的LVDS采样时序进行采样；

4）FC发送管理逻辑按行进行LVDS图像数据采样，根据FC参数完成FC消息的硬件组帧并将数据帧写入FC发送缓冲区，将当前缓冲区状态通知FC发送状态模块；

5）FC发送控制逻辑查询发送缓冲区状态；

6）若FC发送缓冲区若有待发送的FC消息则转步骤7）；若无待发送FC消息则重复步骤5）；

7）FC发送控制逻辑将当前发送缓冲区中的数据帧送入FC MAC，更新发送状态；

8）FC数据帧发送至FC网络。

下面对LVDS图像数据由FC至Camlink总线数据传输流程进行介绍，如图4所示：

1)通过串口设置需要发送的LVDS图像所对应的行数、列数、行间隔、像素时钟等参数，配置管理逻辑将参数信息写入FLASH存储,更新参数设置标志；若无设置，则逻辑按照默认参数进行LVDS数据发送；

2)FC接收状态机响应MAC层FC数据接收；

3)若接收到FC消息，则转步骤4）；若未接收到FC消息，则重复步骤2）；

4)FC接收控制逻辑接收FC数据帧，读取payload中所包含的LVDS图像行数据信息并写入FC接收缓冲区，完成FC消息的硬件重组,待整帧LVDS图像信息接收完成后通知FC接收状态模块；

5)LVDS发送管理逻辑查询FC接收缓冲区状态；

6)若FC接收缓冲区有整帧LVDS图像数据，则转步骤7）；若FC接收缓冲区没有数据，则重复步骤5）；

7)LVDS发送管理逻辑判断是否有新的LVDS图像发送参数，若有，则读取LVDS图像发送参数并按照该参数所对应的时序将LVDS信号经LVDS发送接口发出；若没有新参数，则按照默认时序将LVDS信号经LVDS发送接口发出；

8)Camlink解码芯片将LVDS差分信号转换为Camlink差分信号，发送至Camlink总线。

Claims (1)

1.基于FC与Camlink总线的数据转换与传输方法，

其中，LVDS图像数据由Camlink至FC总线数据转换与传输包括以下步骤：

1）通过串口设置需要采集的LVDS图像所对应的行数、列数、行间隔、像素时钟等采样参数以及FC发送消息的D_ID和MsgID值，配置管理逻辑将参数信息写入FLASH存储，更新参数设置标志；若无参数设置，则逻辑内部按照默认参数运行；

2）通过Camlink解码芯片将Camlink差分信号转换为LVDS差分信号，LVDS采样接口接收LVDS差分信号，获取LVDS图像数据信息；

3）FC发送管理逻辑判断是否有新的LVDS采样参数，如果有新参数，则读取新的采用参数并按照该参数对应的时序进行LVDS数据采样，若无新参数，则按照默认的LVDS采样时序进行采样；

4）FC发送管理逻辑按行进行LVDS图像数据采样，根据FC参数完成FC消息的硬件组帧并将数据帧写入FC发送缓冲区，将当前缓冲区状态通知FC发送状态模块；

5）FC发送控制逻辑查询发送缓冲区状态；

6）若FC发送缓冲区若有待发送的FC消息则转步骤7）；若无待发送FC消息则重复步骤5）；

7）FC发送控制逻辑将当前发送缓冲区中的数据帧送入FC MAC，更新发送状态；

8）FC数据帧发送至FC网络；

LVDS图像数据由FC至Camlink总线数据转换与传输包括以下步骤：

9）通过串口设置需要发送的LVDS图像所对应的行数、列数、行间隔、像素时钟等参数，配置管理逻辑将参数信息写入FLASH存储,更新参数设置标志；若无设置，则逻辑按照默认参数进行LVDS数据发送；

10）FC接收状态机响应MAC层FC数据接收；

11）若接收到FC消息，则转步骤4）；若未接收到FC消息，则重复步骤2）；

12）FC接收控制逻辑接收FC数据帧，读取payload中所包含的LVDS图像行数据信息并写入FC接收缓冲区，完成FC消息的硬件重组,待整帧LVDS图像信息接收完成后通知FC接收状态模块；

13）LVDS发送管理逻辑查询FC接收缓冲区状态；

14）若FC接收缓冲区有整帧LVDS图像数据，则转步骤7）；若FC接收缓冲区没有数据，则重复步骤5）；

15）LVDS发送管理逻辑判断是否有新的LVDS图像发送参数，若有，则读取LVDS图像发送参数并按照该参数所对应的时序将LVDS信号经LVDS发送接口发出；若没有新参数，则按照默认时序将LVDS信号经LVDS发送接口发出；

16）Camlink解码芯片将LVDS差分信号转换为Camlink差分信号，发送至Camlink总线。

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