CN103905793A

CN103905793A - 一种高速红外信号处理系统

Info

Publication number: CN103905793A
Application number: CN201410120648.2A
Authority: CN
Inventors: 岳振; 张涌; 刘士建; 吕波; 杨龙; 李冰
Original assignee: Shanghai Institute of Technical Physics of CAS
Current assignee: Shanghai Institute of Technical Physics of CAS
Priority date: 2014-03-28
Filing date: 2014-03-28
Publication date: 2014-07-02

Abstract

本发明公开了一种高速红外信号处理系统，它主要用于红外成像跟踪系统。系统集成于一块信号处理板，主要包括：一片DSP芯片、一片FPGA芯片、一个光纤数据收发模块及外围配置电路。在FPGA上构建了基于AURORA协议的红外图像高速传输平台，通过光纤接口实现信号输入，通过AURORA总线实现图像输出。构建了基于MicroBlaze软核的CAN通讯处理平台，通过CAN总线实现与其它处理板通讯。两大平台之间通过双口RAM进行通讯，它们共同通过EMIF接口与DSP实现通讯。本发明的主要优点是：用FPGA实现大部分接口功能，架构简洁；采用AURORA协议，可以实现图像高速传输，实时性好；采用CAN通讯协议，支持分布式控制、通信速率高。

Description

一种高速红外信号处理系统

技术领域：

本发明涉及一种高速红外信号处理系统，具体来说是一种基于FPGA的信号处理逻辑设计。它主要用于红外成像跟踪系统中的红外实时信号处理。

背景技术：

红外信号处理平台需要完成两个任务：第一个任务是将红外探测器发送过来的图像信息进行处理，从复杂背景中检测出特定目标，同时给出目标信号；第二个任务是红外信号处理平台可以接受其它处理平台的控制，向上位主机传输红外图像及检测跟踪结果，从而构成一个完整的系统。

FPGA和DSP各有自己的特点，随着大规模可编程器件的发展，采用DSP+FPGA结构的信号处理系统显示出了其优越性，正逐步得到重视。FPGA克服了专用ASIC不够灵活的缺点，与其他中小规模集成电路相比，其优点主要在于它有很强的灵活性，即其内部的具体逻辑功能可以根据需要配置，对电路的修改和维护很方便。

以往的红外信号处理系统往往采用外接SRAM和大量桥接芯片，并采用PCI总线进行图像传输，造成红外成像系统结构复杂、体积庞大、系统通信数据带宽难以提高等缺点。

因此设计一个体积小巧，具有高速图像传输能力的实时处理系统非常必要。通过在FPGA上调用AURORA IP核并进行配置，实现图像数据的高速接收与传送；通过在FPGA中配置MicroBlaze软核，并调用CAN IP核，采用C语言编程，实现与其它处理板的通讯。最终设计的高速红外图像处理系统省去大量外围电路，具有体积小、实时性好、调试方便的优点。

发明内容：

本发明的目的，在于提出一种高速红外信号处理系统，实现红外图像的实时处理。

为实现上述目的，本发明所采用的硬件装置为一块信号处理板，其中包括：一片DSP芯片、一片FPGA芯片、一个光纤数据收发模块及外围配置电路，其特征在于：

所述的DSP芯片支持SYS/BOIS实时操作系统内核，支持外部存储接口；所述的FPGA芯片支持嵌入式微处理软核，并带有高速串行接口；所述的光纤数据收发模块通信速率需大于2Gb/s。所述的外围设备接口包括：用于接收红外图像的光纤；用于红外图像数据传输的AURORA总线；用于和其它外部平台通信的CAN总线；

来自探测器处理板的红外信号通过光纤数据收发模块传给FPGA；FPGA与DSP通过EMIF接口相接；FPGA通过AURORA总线将图像传给视频处理板。FPGA通过CAN总线与其它外部平台通信。

在FPGA上构建了基于AURORA协议的红外图像高速传输平台，实现从探测器处理板接收图像数据，并向视频接口板和DSP转发；实现将DSP的处理结果传给视频接口板；实现DSP和探测器处理板之间的通讯。

在FPGA上构建基于MicroBlaze软核的CAN通讯平台，实现FPGA与其它处理板的通讯，接收来自上位主机的指令；实现DSP与其它处理板之间的通讯。

红外图像高速传输平台和基于MicroBlaze软核的CAN通讯平台之间通过双口RAM_1进行通讯，从而实现其它处理板与探测器处理板的通讯。

本发明的主要优点是：用FPGA实现大部分接口功能，架构简洁；采用AURORA协议，可以实现图像高速传输，实时性好；采用CAN通讯协议，支持分布式控制、通信速率高。

附图说明

图1：高速红外信号处理系统的系统框图。

图2：红外图像高速传输平台的系统框图。

图3：基于MicroBlaze软核的CAN通讯平台的系统框图。

具体实施方式：

下面根据附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

图1是高速红外信号处理系统的系统框图。

本发明所采用的硬件装置为一块信号处理板，其中包括：一片DSP，一片FPGA，一个光纤数据收发模块及外围配置电路。

所述的FPGA是Xilinx公司的Virtex-5系列的XC5VLX50T-FF665，这款FPGA采用了65nm的工艺，结合低功耗IP块将动态功耗降低了35%，有12个低功耗收发器，可以实现100Mb～3.75Gb/s高速串行接口，拥有480kb容量的分布式RAM和2160kb容量的块RAM。

所述的DSP为TI公司推出的TMS320c6455，它是基于第三代先进超长指令字结构开发出来的高性能定点DSP，主频最高可达到1.2GHz，集成有大量的存储空间，都可配置为Cache或SRAM。TMS320c6455的外部存储接口，不仅接口能力强，可以与目前多种类型的存储器进行无缝连接，而且数据吞吐率高。

所述的光纤数据收发模块为OEA01-D16，具备接受数据信号检测功能，可以实现単纤双向传输。

为了实现发明所述目的，在FPGA上，构建了两大处理平台，分别是红外图像高速传输平台和基于MicroBlaze软核的CAN通讯平台。

图2是红外图像高速传输平台的系统框图。

通过调用AURORA IP核，定制图像数据接收模块和图像数据发送模块，两个模块定制为：吉比特传输速率为1.25Gbps，参考频率为100MHz，流控制方式采用UFC方式。

图像数据接收模块通过AURORA IP核的用户接口接收光纤模块的图像数据，然后通过缓存FIFO_1将图像传给DSP，同时通过缓存FIFO_2将图像传给图像数据发送模块；通过AURORA IP核的UFC接口实现与探测器处理板的通讯；通过双口RAM_1与CAN通讯平台进行通讯，从而实现其它处理板与探测器处理板的通讯。通过双口RAM_2与DSP通讯，从而实现探测器处理板与DSP的通讯。

图像数据发送模块通过双口RAM_2接收DSP的处理结果，并将处理结果和图像数据接收模块发过来的图像数据一起通过AURORA IP核的用户接口传给视频处理板。

图3是基于MicroBlaze软核的CAN通讯平台的系统框图。

基于Xilinx公司开发出的嵌入式系统编程的EDK(Embedded DevelopmentKit)集成解决方案，采用EDK的组件XPS(Xilinx Platform Studio)作为开发环境，对MicroBlaze软核进行定制。将中断控制器、CAN控制器挂在PLB总线上，通过CAN总线与其它处理板以中断方式实现通讯；将RAM控制器挂在PLB总线上，控制双口RAM_3实现与DSP的通讯。完成硬件配置后，可以在EDK的另一组件SDK(Software Development Kit)软件中使用C语言进行编程，控制与DSP、探测器处理板和其它处理板的通讯。

Claims

1.一种高速红外信号处理系统，它包括：一片DSP芯片、一片FPGA芯片、一个光纤数据收发模块及外围配置电路，其特征在于：

所述的DSP芯片支持SYS/BOIS实时操作系统内核，支持外部存储接口；所述的FPGA芯片支持嵌入式微处理软核，并带有高速串行接口；所述的光纤数据收发模块采用OEA01-D16芯片，通信速率大于2Gb/s；所述的外围设备接口包括用于接收红外图像的光纤，用于红外图像数据传输的AURORA总线，用于和其它外部平台通信的CAN总线；

来自探测器处理板的红外信号通过光纤数据收发模块传给FPGA；FPGA与DSP通过EMIF接口相接；FPGA通过AURORA总线将图像传给视频处理板，FPGA通过CAN总线与其它外部平台通信。