CN105681688A - 一种基于FPGA的gige vision接口的红外机芯实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及红外机芯，具体是一种基于FPGA的gige？vision接口的红外机芯实现方法。本发明解决了现有红外机芯硬件成本高、运行功耗高、体积大、数据处理量小、数据处理效率低、能效比低的问题。一种基于FPGA的gige？vision接口的红外机芯实现方法，该方法是采用如下步骤实现的：1）逻辑模块结构的实现：在FPGA芯片内部分别设计红外图像处理模块、GVSP协议硬件加速器、软核CPU、TX发送模块、RX接收模块、寄存器配置模块、视频业务报文发送buffer、信令报文发送buffer、信令报文接收buffer；2）数据流的实现：2.1）视频业务GVSP报文的发送；2.2）信令报文的发送；2.3）信令报文的接收。本发明适用于夜视系统、安防系统、过程控制、医疗设备、军队装备等红外热像领域。

Description

一种基于FPGA的gige vision接口的红外机芯实现方法
技术领域
本发明涉及红外机芯，具体是一种基于FPGA的gigevision接口的红外机芯实现方法。
背景技术
红外机芯广泛应用于夜视系统、安防系统、过程控制、医疗设备、军队装备等红外热像领域。在现有技术条件下，红外机芯主要是采用DSP、FPGA等多种芯片实现的。然而实践表明，现有红外机芯由于实现原理所限，普遍存在硬件成本高、运行功耗高、体积大、数据处理量小、数据处理效率低、能效比低的问题。为此有必要发明一种全新的红外机芯实现方法，以解决现有红外机芯存在的上述问题。
发明内容
本发明为了解决现有红外机芯硬件成本高、运行功耗高、体积大、数据处理量小、数据处理效率低、能效比低的问题，提供了一种基于FPGA的gigevision接口的红外机芯实现方法。
本发明是采用如下技术方案实现的：
一种基于FPGA的gigevision接口的红外机芯实现方法，该方法是采用如下步骤实现的：
1）逻辑模块结构的实现：
红外机芯的组成器件包括红外探测器、AD采样芯片、FPGA芯片、千兆网PHY芯片、网口、FLASH、RAM；
在FPGA芯片内部分别设计红外图像处理模块、GVSP协议硬件加速器、软核CPU、TX发送模块、RX接收模块、寄存器配置模块、视频业务报文发送buffer、信令报文发送buffer、信令报文接收buffer；
将红外探测器与AD采样芯片连接；将AD采样芯片与红外图像处理模块连接；将红外图像处理模块与GVSP协议硬件加速器连接；将GVSP协议硬件加速器分别与寄存器配置模块和视频业务报文发送buffer连接；将软核CPU分别与寄存器配置模块、信令报文发送buffer、信令报文接收buffer、FLASH、RAM连接；将TX发送模块分别与视频业务报文发送buffer、信令报文发送buffer、千兆网PHY芯片连接；将RX接收模块分别与信令报文接收buffer、千兆网PHY芯片连接；将千兆网PHY芯片与网口连接；
2）数据流的实现：
2.1）视频业务GVSP报文的发送：红外探测器实时探测外部的红外光信号，并将探测到的红外光信号转换为红外图像电信号，然后将红外图像电信号发送至AD采样芯片；AD采样芯片对接收到的红外图像电信号进行AD采样，并将AD采样得到的红外图像数据流发送至红外图像处理模块；红外图像处理模块对接收到的红外图像数据流进行处理，并将处理后的红外图像数据流发送至GVSP协议硬件加速器；GVSP协议硬件加速器将接收到的红外图像数据流进行封包（封包过程包含增加GVSP头、增加UDP头、增加IP头、增加MAC头等操作）后得到视频业务GVSP报文，并将视频业务GVSP报文存入视频业务报文发送buffer；TX发送模块轮询视频业务报文发送buffer，并对轮询获取的视频业务GVSP报文进行增加前导码处理，然后将处理后的视频业务GVSP报文发送至千兆网PHY芯片；千兆网PHY芯片将接收到的视频业务GVSP报文通过网口发送至外部的计算机，由此实现视频业务GVSP报文的发送；
2.2）信令报文的发送：软核CPU将需要发送到外部的信令报文写入信令报文发送buffer；TX发送模块轮询信令报文发送buffer，并将轮询获取的信令报文发送至千兆网PHY芯片；千兆网PHY芯片将接收到的信令报文通过网口发送至外部的计算机，由此实现信令报文的发送；
2.3）信令报文的接收：来自外部计算机的信令报文通过网口发送至千兆网PHY芯片；千兆网PHY芯片将接收到的信令报文发送至RX接收模块；RX接收模块对接收到的信令报文进行去除前导码处理，并将处理后的信令报文缓存到信令报文接收buffer；软核CPU轮询信令报文接收buffer，并对轮询获取的信令报文依次进行读取、核查、协议处理，然后根据信令报文生成内部指令信息，由此实现信令报文的接收。
与现有红外机芯相比，本发明所述的一种基于FPGA的gigevision接口的红外机芯实现方法基于单个FPGA芯片，并通过在FPGA芯片内部设计各种功能模块（包括GVSP协议硬件加速器、软核CPU、TX发送模块、RX接收模块、寄存器配置模块、视频业务报文发送buffer、信令报文发送buffer、信令报文接收buffer），实现了红外机芯的逻辑模块结构和数据流，由此一方面有效降低了硬件成本、有效降低了运行功耗、有效减小了体积，另一方面有效增大了数据处理量、有效提高了数据处理效率，有效提高了能效比。
本发明有效解决了现有红外机芯硬件成本高、运行功耗高、体积大、数据处理量小、数据处理效率低、能效比低的问题，适用于夜视系统、安防系统、过程控制、医疗设备、军队装备等红外热像领域。
附图说明
图1是本发明的原理示意图。
图2是本发明的GVSP协议硬件加速器的状态机设计示意图。
具体实施方式
一种基于FPGA的gigevision接口的红外机芯实现方法，该方法是采用如下步骤实现的：
1）逻辑模块结构的实现：
红外机芯的组成器件包括红外探测器、AD采样芯片、FPGA芯片、千兆网PHY芯片、网口、FLASH、RAM；
在FPGA芯片内部分别设计红外图像处理模块、GVSP协议硬件加速器、软核CPU、TX发送模块、RX接收模块、寄存器配置模块、视频业务报文发送buffer、信令报文发送buffer、信令报文接收buffer；
将红外探测器与AD采样芯片连接；将AD采样芯片与红外图像处理模块连接；将红外图像处理模块与GVSP协议硬件加速器连接；将GVSP协议硬件加速器分别与寄存器配置模块和视频业务报文发送buffer连接；将软核CPU分别与寄存器配置模块、信令报文发送buffer、信令报文接收buffer、FLASH、RAM连接；将TX发送模块分别与视频业务报文发送buffer、信令报文发送buffer、千兆网PHY芯片连接；将RX接收模块分别与信令报文接收buffer、千兆网PHY芯片连接；将千兆网PHY芯片与网口连接；
2）数据流的实现：
2.1）视频业务GVSP报文的发送：红外探测器实时探测外部的红外光信号，并将探测到的红外光信号转换为红外图像电信号，然后将红外图像电信号发送至AD采样芯片；AD采样芯片对接收到的红外图像电信号进行AD采样，并将AD采样得到的红外图像数据流发送至红外图像处理模块；红外图像处理模块对接收到的红外图像数据流进行处理，并将处理后的红外图像数据流发送至GVSP协议硬件加速器；GVSP协议硬件加速器将接收到的红外图像数据流进行封包后得到视频业务GVSP报文，并将视频业务GVSP报文存入视频业务报文发送buffer；TX发送模块轮询视频业务报文发送buffer，并对轮询获取的视频业务GVSP报文进行增加前导码处理，然后将处理后的视频业务GVSP报文发送至千兆网PHY芯片；千兆网PHY芯片将接收到的视频业务GVSP报文通过网口发送至外部的计算机，由此实现视频业务GVSP报文的发送；
2.2）信令报文的发送：软核CPU将需要发送到外部的信令报文写入信令报文发送buffer；TX发送模块轮询信令报文发送buffer，并将轮询获取的信令报文发送至千兆网PHY芯片；千兆网PHY芯片将接收到的信令报文通过网口发送至外部的计算机，由此实现信令报文的发送；
2.3）信令报文的接收：来自外部计算机的信令报文通过网口发送至千兆网PHY芯片；千兆网PHY芯片将接收到的信令报文发送至RX接收模块；RX接收模块对接收到的信令报文进行去除前导码处理，并将处理后的信令报文缓存到信令报文接收buffer；软核CPU轮询信令报文接收buffer，并对轮询获取的信令报文依次进行读取、核查、协议处理，然后根据信令报文生成内部指令信息，由此实现信令报文的接收。
具体实施时，所述FPGA芯片采用Cyclone系列FPGA芯片或Xilinx系列FPGA芯片；所述千兆网PHY芯片采用VSC8211千兆网PHY芯片或KSZ9031千兆网PHY芯片或KSZ9021千兆网PHY芯片；所述网口采用RJ45电口或SFP光口；所述RAM采用DRAM或SRAM或SSRAM。所述GVSP协议硬件加速器采用GVSP、UDP、IP、MAC合一的GVSP协议硬件加速器，并使用一个完整的状态机设计（如图2所示），实现GVSP协议的多个层次的报文组包处理；所述软核CPU采用NIOS软核CPU或PowerPC软核CPU；所述TX发送模块通过GMII接口或RGMII接口与千兆网PHY芯片连接；所述RX接收模块通过GMII接口或RGMII接口与千兆网PHY芯片连接。

Claims (3)

1.一种基于FPGA的gigevision接口的红外机芯实现方法，其特征在于：该方法是采用如下步骤实现的：
1）逻辑模块结构的实现：
红外机芯的组成器件包括红外探测器、AD采样芯片、FPGA芯片、千兆网PHY芯片、网口、FLASH、RAM；
在FPGA芯片内部分别设计红外图像处理模块、GVSP协议硬件加速器、软核CPU、TX发送模块、RX接收模块、寄存器配置模块、视频业务报文发送buffer、信令报文发送buffer、信令报文接收buffer；
将红外探测器与AD采样芯片连接；将AD采样芯片与红外图像处理模块连接；将红外图像处理模块与GVSP协议硬件加速器连接；将GVSP协议硬件加速器分别与寄存器配置模块和视频业务报文发送buffer连接；将软核CPU分别与寄存器配置模块、信令报文发送buffer、信令报文接收buffer、FLASH、RAM连接；将TX发送模块分别与视频业务报文发送buffer、信令报文发送buffer、千兆网PHY芯片连接；将RX接收模块分别与信令报文接收buffer、千兆网PHY芯片连接；将千兆网PHY芯片与网口连接；
2）数据流的实现：
2.1）视频业务GVSP报文的发送：红外探测器实时探测外部的红外光信号，并将探测到的红外光信号转换为红外图像电信号，然后将红外图像电信号发送至AD采样芯片；AD采样芯片对接收到的红外图像电信号进行AD采样，并将AD采样得到的红外图像数据流发送至红外图像处理模块；红外图像处理模块对接收到的红外图像数据流进行处理，并将处理后的红外图像数据流发送至GVSP协议硬件加速器；GVSP协议硬件加速器将接收到的红外图像数据流进行封包后得到视频业务GVSP报文，并将视频业务GVSP报文存入视频业务报文发送buffer；TX发送模块轮询视频业务报文发送buffer，并对轮询获取的视频业务GVSP报文进行增加前导码处理，然后将处理后的视频业务GVSP报文发送至千兆网PHY芯片；千兆网PHY芯片将接收到的视频业务GVSP报文通过网口发送至外部的计算机，由此实现视频业务GVSP报文的发送；
2.2）信令报文的发送：软核CPU将需要发送到外部的信令报文写入信令报文发送buffer；TX发送模块轮询信令报文发送buffer，并将轮询获取的信令报文发送至千兆网PHY芯片；千兆网PHY芯片将接收到的信令报文通过网口发送至外部的计算机，由此实现信令报文的发送；
2.3）信令报文的接收：来自外部计算机的信令报文通过网口发送至千兆网PHY芯片；千兆网PHY芯片将接收到的信令报文发送至RX接收模块；RX接收模块对接收到的信令报文进行去除前导码处理，并将处理后的信令报文缓存到信令报文接收buffer；软核CPU轮询信令报文接收buffer，并对轮询获取的信令报文依次进行读取、核查、协议处理，然后根据信令报文生成内部指令信息，由此实现信令报文的接收。
2.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的gigevision接口的红外机芯实现方法，其特征在于：所述FPGA芯片采用Cyclone系列FPGA芯片或Xilinx系列FPGA芯片；所述千兆网PHY芯片采用VSC8211千兆网PHY芯片或KSZ9031千兆网PHY芯片或KSZ9021千兆网PHY芯片；所述网口采用RJ45电口或SFP光口；所述RAM采用DRAM或SRAM或SSRAM。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于FPGA的gigevision接口的红外机芯实现方法，其特征在于：所述GVSP协议硬件加速器采用GVSP、UDP、IP、MAC合一的GVSP协议硬件加速器，并使用一个完整的状态机设计，实现GVSP协议的多个层次的报文组包处理；所述软核CPU采用NIOS软核CPU或PowerPC软核CPU；所述TX发送模块通过GMII接口或RGMII接口与千兆网PHY芯片连接；所述RX接收模块通过GMII接口或RGMII接口与千兆网PHY芯片连接。
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