CN109710551A - 一种基于fmc标准的注入式仿真系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于FMC标准的注入式仿真系统，包括软件功能模块、载板模块和子板模块，载板模块和子板模块匹配相连；软件功能模块运行在上位机上，用于将预存储的图像序列传输给载板模块；载板模块与上位机连接，用于将软件功能模块传输的图像序列进行缓存，并根据预设要求将缓存的图像数据按照预设时序传输给子板模块；子板模块用于接收载板模块传输的图像，并根据预设要求将图像数据编码为视频信号，输入到目标嵌入式系统内。本发明注入式仿真系统实现了将符合要求的场景图像序列形成仿真视频信号而输入到系统内，解决了现有技术的问题。

Description

一种基于FMC标准的注入式仿真系统

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，特别是涉及一种基于FMC标准的注入式仿真系统。

背景技术

在机器视觉和图像识别领域中，深度机器学习方法已经向嵌入式系统方向发展。而嵌入式系统不具备大容量的不挥发存储器(Nonvolatile Memory)，它无法像普通计算机系统那样能随时地读取磁盘上的视频文件，因此，应用于图像处理的嵌入式系统需要从硬件接口输入视频信号。

在本实验室应用中，对用于图像处理的嵌入式系统进行算法优化，需要具有特定目标特征和背景信息的视频图像，比如森林火险、机场异物、无人机飞行等场景的视频图像。然而由于客观条件的限制，尤其在实验室中，这些特定视频图像很难随时获取，因此，将已获取的符合要求的场景图像序列形成仿真视频信号，通过硬件数据链路输入到嵌入式系统内是一种有效的解决方式。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于FMC标准的注入式仿真系统，能够实现将符合要求的场景图像序列形成仿真视频信号而输入到系统内，解决了现有技术的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于FMC标准的注入式仿真系统，包括软件功能模块、载板模块和子板模块，所述载板模块和所述子板模块匹配相连；

所述软件功能模块运行在上位机上，用于将预存储的图像序列传输给所述载板模块；

所述载板模块与所述上位机连接，用于将所述软件功能模块传输的图像序列进行缓存，并根据预设要求将缓存的图像数据按照预设时序传输给所述子板模块；

所述子板模块用于接收所述载板模块传输的图像，并根据预设要求将图像数据编码为视频信号，输入到目标嵌入式系统内。

优选的，所述载板模块设有PCI Express接口，所述上位机通过PCI Express总线与所述载板模块的PCI Express接口连接。

优选的，所述载板模块包括处理芯片和存储器，所述处理芯片外围连接所述存储器，所述处理芯片用于从与所述上位机连接的接口接收图像序列，将图像序列传输到所述存储器进行缓存。

优选的，所述子板模块可更换不同视频格式的多种子板模块。

优选的，所述载板模块与所述子板模块之间根据FPGA Mezzanine Card标准传输数据。

优选的，所述子板模块包括转换芯片，所述转换芯片用于将包含视频信号的并行信号转换为串行信号，输入到目标嵌入式系统内。

优选的，所述软件功能模块还用于向目标嵌入式系统发送用于控制所述目标嵌入式系统运行图像处理算法的指令，并接收所述目标嵌入式系统返回的视频参数信息和运行状态信息。

优选的，所述软件功能模块包括实现人机交互的操作界面，所述操作界面包括：用于设定图像序列的存储路径的图像路径设定单元，用于设定图像序列的列数的图像列数设定单元，用于设定图像序列的行数的图像行数设定单元，用于设定图像的像素深度的像素深度设定单元，用于设定生成视频信号的帧频的设定单元。

优选的，所述操作界面还包括：用于显示所述目标嵌入式系统采集到的视频信号的帧频信息的采集帧频单元，用于显示所述目标嵌入式系统的运行状态信息的状态信息单元。

优选的，所述软件功能模块具体用于依次执行以下步骤：

S1：查询所述载板模块是否已经进入正常工作状态，若否，则查询等待，直至所述载板模块进入正常工作状态；

S2：向所述载板模块发送关闭输出视频的指令；

S3：以操作命令形式将视频格式信息传输给所述载板模块；

S4：将指定路径下的图像序列生成要输出的图像数据；

S5：将生成的图像数据传输给所述载板模块；

S6：向所述载板模块发送启动输出视频的指令；

S7：判断是否需要持续输出视频，如果是，则进入步骤S3。

由上述技术方案可知，本发明所提供的一种基于FMC标准的注入式仿真系统包括软件功能模块、载板模块和子板模块，其中，软件功能模块运行在上位机上，用于将预存储的图像序列传输给载板模块；载板模块和子板模块匹配相连，载板模块与上位机连接，能够将软件功能模块传输的图像序列缓存并根据预设要求将缓存的图像数据按照预设时序传输给子板模块，子板模块用于根据预设要求将接收到的图像数据编码为视频信号，将视频信号输入到目标嵌入式系统内。因此，本发明注入式仿真系统实现了将符合要求的场景图像序列形成仿真视频信号进而输入到系统内，解决了现有技术的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种注入式仿真系统的示意图；

图2为一具体实例中载板模块与子板模块的示意图；

图3为本发明实施例提供的一种注入式仿真系统中操作界面的示意图；

图4为本发明实施例提供的一种注入式仿真系统中软件功能模块的工作流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种基于FMC标准的注入式仿真系统，包括软件功能模块、载板模块和子板模块，所述载板模块和所述子板模块匹配相连；

所述软件功能模块运行在上位机上，用于将预存储的图像序列传输给所述载板模块；

所述载板模块与所述上位机连接，用于将所述软件功能模块传输的图像序列进行缓存，并根据预设要求将缓存的图像数据按照预设时序传输给所述子板模块；

所述子板模块用于接收所述载板模块传输的图像，并根据预设要求将图像数据编码为视频信号，输入到目标嵌入式系统内。

其中，载板模块和子板模块相匹配，载板模块通过自身的连接结构与子板模块的连接结构连接，两者的连接结构引脚相互匹配连接。预存储的图像序列是指预先获取并存储的符合要求的图像序列。本注入式仿真系统，软件功能模块将预存储的图像序列传输给载板模块，载板模块能够将软件功能模块传输的图像序列缓存并根据预设要求将缓存的图像数据按照预设时序传输给子板模块，子板模块根据预设要求将接收到的图像数据编码为视频信号，将视频信号输入到目标嵌入式系统内。因此，本实施例基于FMC标准的注入式仿真系统实现了将符合要求的场景图像序列形成仿真视频信号进而输入到系统内，解决了现有技术的问题。

下面结合具体实施方式和附图对本基于FMC标准的注入式仿真系统进行详细说明。

请参考图1，图1为本实施例提供的一种基于FMC标准的注入式仿真系统的示意图，由图可知，所述注入式仿真系统包括软件功能模块10、载板模块11和子板模块12。

软件功能模块10运行在上位机13上，将事先获取的符合要求的图像序列预先存储在上位机13磁盘内。在进行生成仿真视频信号向目标嵌入式系统注入时，软件功能模块10将预存储的图像序列传输给载板模块11。

载板模块11与上位机13连接，用于将软件功能模块10传输的图像序列进行缓存，并根据预设要求将缓存的图像数据按照预设时序传输给子板模块12。在具体实施时，载板模块11可包括处理芯片和存储器，处理芯片外围连接存储器，处理芯片用于从与上位机连接的接口接收图像序列，将图像序列传输到存储器进行缓存。处理芯片通过外围连接存储器而扩展存储空间，以达到可以存储图像数据的目的。优选的，请参考图2，图2为一具体实例中载板模块与子板模块的示意图，其中处理芯片可采用现场可编程门阵列(FieldProgrammable Gate Array，FPGA)，FPGA可选用XILINX公司的XC7K325T-FFG900芯片，该款FPGA可以支持第二代PCI Express x8接口，与上位机数据传输可以提供5Gbps的数据带宽，可以满足大多数图像数据传输需求。该现场可编程门阵列可具有MIG(Memory InterfaceGeneration)IP核，通过Core generator工具或者Architecture wizard工具能定制存储器接口功能模块，实现存储器与现场可编程门阵列的接口无缝连接。存储器可采用同步动态随机存储器(Synchronous Dynamic Random Access Memory，SDRAM)，可选的，可选用4片Micron公司的型号为MT41K256M16的SDRAM，以位扩展的方式组成1G×64bit的存储器来缓存图像数据。

优选的，所述载板模块11设有PCI Express接口，上位机13通过PCI Express总线与载板模块11的PCI Express接口连接，两者通过PCI Express总线传输数据。PCI Express总线是一种高性能、高数据带宽的串行通讯互联标准，PCI Express总线标准目前已经发展到第三代，本实施例中可采用第二代标准，可以提供高达5.0Gbps的数据带宽，可以满足绝大多数的图像数据传输需求。

子板模块12与载板模块11匹配相连，子板模块12通过自身的连接器与载板模块11的连接器连接，两者的连接器引脚匹配对应连接。优选的，载板模块11与子板模块12之间根据FPGA Mezzanine Card标准传输数据。FPGA Mezzanine Card标准是一种解决现场可编程门阵列(FPGA)板间连接的标准，载板模块11通过FMC标准定义的连接器名称为CC-HPC-10(Samtec Part Number ASP-134486-01)与子板模块12连接，子板模块12选择连接器的名称MC-HPC-10为(Samtec Part Number ASP-134488-01)。

子板模块12用于接收载板模块11传输的图像，并根据预设要求将图像数据编码为视频信号，输入到目标嵌入式系统内14。优选的，子板模块12可更换不同视频格式的多种子板模块，用户可以根据所需要的视频格式来选择相应的子板模块，本系统中载板模块和子板模块的结构简单，便于设计和制作，可以在保持系统最小更改的情况下，提供不同标准的视频信号输出功能。

优选的，子板模块12包括转换芯片，转换芯片用于将包含视频信号的并行信号转换为串行信号，输入到目标嵌入式系统14内，实现高速串行输出。可选的，子板模块12的编码芯片可采用DS90CR287芯片，其能够将视频数据编码为Camera Link格式的数字视频信号。另外，转换芯片可采用TLK2711芯片，其可将视频信号转换为高速串行信号。

进一步的，软件功能模块10还用于向目标嵌入式系统14发送用于控制所述目标嵌入式系统14运行图像处理算法的指令，并接收所述目标嵌入式系统14返回的视频参数信息和运行状态信息。软件功能模块10向嵌入式系统14发送指令，以控制嵌入式系统运行图像跟踪算法或者深度学习算法。另外，嵌入式系统14向上位机中的软件功能模块传输采集的视频参数信息以及算法运行的运行状态信息，使得用户可以方便地了解算法运行的状态和效果。

进一步优选的，软件功能模块10可包括用于实现人机交互的操作界面，用户可通过操作界面设置待传输图像序列的参数以及对输出视频的格式要求。请参考图3，图3为本实施例提供的一种操作界面的示意图，所述操作界面包括：用于设定图像序列的存储路径的图像路径设定单元，用于设定图像序列的列数的图像列数设定单元，用于设定图像序列的行数的图像行数设定单元，用于设定图像的像素深度的像素深度设定单元，用于设定生成视频信号的帧频的设定单元。用户通过操作界面的图像路径设定单元能够选择所指定图像序列的存储路径，通过图像行数设定单元和图像列数设定单元分别可设定待传输图像序列的行数和列数，以设定图像的几何尺寸，通过像素深度设定单元能够设定所指定图像的像素深度，通过设定单元能够设定所生成视频的图像帧频。

所述操作界面还包括：用于显示所述目标嵌入式系统采集到的视频信号的帧频信息的采集帧频单元，用于显示所述目标嵌入式系统的运行状态信息的状态信息单元。嵌入式系统14采集视频信号的相关参数数据比如帧频数据，将采集的参数数据传输给上位机显示，比如将采集的帧频数据在操作界面展示。嵌入式系统14还向上位机传送运行状态信息，包括视频图像的行有效、帧有效、时钟等信息，通过操作界面向用户显示状态信息。

进一步的，所述操作界面还包括：用于设定将指定的图像序列连续发送或者单帧发送的发送方式设定单元。通过操作界面可以控制单帧地传输图像，使得用户能够观察嵌入式系统对每帧图像的处理效果。

进一步的，请参考图4，所述软件功能模块具体用于依次执行以下步骤：

S1：查询所述载板模块是否已经进入正常工作状态，若否，则查询等待，直至所述载板模块进入正常工作状态。软件运行后，首先查询载板模块状态寄存器，根据载板模块的状态寄存器数值判断载板模块是否进入工作状态,如果载板模块已经进入正常工作状态，则进入下一步操作，否则查询等待。

S2：向所述载板模块发送关闭输出视频的指令。使得载板模块上的现场可编程门阵列(FPGA)读SDRAM地址复位。

S3：以操作命令形式将视频格式信息传输给所述载板模块。软件功能模块以操作命令的形式，将操作界面设定的输出视频格式信息发送给载板模块，用于产生输出数字视频的控制信号。

S4：将指定路径下的图像序列生成要输出的图像数据。

S5：将生成的图像数据传输给所述载板模块。

S6：向所述载板模块发送启动输出视频的指令。此时载板模块的现场可编程门阵列(FPGA)将生成输出视频的控制信号，同时读出SDRAM中缓存的图像数据，按照预设时序发送给子板模块进行视频编码，输出符合要求的视频信号。

S7：判断是否需要持续输出视频，如果是，则进入步骤S3，再次执行步骤S3-S6。如果否，则结束视频输出，系统处于等待状态。

以上对本发明所提供的一种基于FMC标准的注入式仿真系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于FMC标准的注入式仿真系统，其特征在于，包括软件功能模块、载板模块和子板模块，所述载板模块和所述子板模块匹配相连；

所述软件功能模块运行在上位机上，用于将预存储的图像序列传输给所述载板模块；

所述载板模块与所述上位机连接，用于将所述软件功能模块传输的图像序列进行缓存，并根据预设要求将缓存的图像数据按照预设时序传输给所述子板模块；

所述子板模块用于接收所述载板模块传输的图像，并根据预设要求将图像数据编码为视频信号，输入到目标嵌入式系统内。

2.根据权利要求1所述的基于FMC标准的注入式仿真系统，其特征在于，所述载板模块设有PCI Express接口，所述上位机通过PCI Express总线与所述载板模块的PCI Express接口连接。

3.根据权利要求2所述的基于FMC标准的注入式仿真系统，其特征在于，所述载板模块包括处理芯片和存储器，所述处理芯片外围连接所述存储器，所述处理芯片用于从与所述上位机连接的接口接收图像序列，将图像序列传输到所述存储器进行缓存。

4.根据权利要求1所述的基于FMC标准的注入式仿真系统，其特征在于，所述子板模块可更换不同视频格式的多种子板模块。

5.根据权利要求1所述的基于FMC标准的注入式仿真系统，其特征在于，所述载板模块与所述子板模块之间根据FPGA Mezzanine Card标准传输数据。

6.根据权利要求1所述的基于FMC标准的注入式仿真系统，其特征在于，所述子板模块包括转换芯片，所述转换芯片用于将包含视频信号的并行信号转换为串行信号，输入到目标嵌入式系统内。

7.根据权利要求1-6任一项所述的基于FMC标准的注入式仿真系统，其特征在于，所述软件功能模块还用于向目标嵌入式系统发送用于控制所述目标嵌入式系统运行图像处理算法的指令，并接收所述目标嵌入式系统返回的视频参数信息和运行状态信息。

8.根据权利要求1-6任一项所述的基于FMC标准的注入式仿真系统，其特征在于，所述软件功能模块包括实现人机交互的操作界面，所述操作界面包括：用于设定图像序列的存储路径的图像路径设定单元，用于设定图像序列的列数的图像列数设定单元，用于设定图像序列的行数的图像行数设定单元，用于设定图像的像素深度的像素深度设定单元，用于设定生成视频信号的帧频的设定单元。

9.根据权利要求8所述的基于FMC标准的注入式仿真系统，其特征在于，所述操作界面还包括：用于显示所述目标嵌入式系统采集到的视频信号的帧频信息的采集帧频单元，用于显示所述目标嵌入式系统的运行状态信息的状态信息单元。

10.根据权利要求1所述的基于FMC标准的注入式仿真系统，其特征在于，所述软件功能模块具体用于依次执行以下步骤：

S1：查询所述载板模块是否已经进入正常工作状态，若否，则查询等待，直至所述载板模块进入正常工作状态；

S2：向所述载板模块发送关闭输出视频的指令；

S3：以操作命令形式将视频格式信息传输给所述载板模块；

S4：将指定路径下的图像序列生成要输出的图像数据；

S5：将生成的图像数据传输给所述载板模块；

S6：向所述载板模块发送启动输出视频的指令；

S7：判断是否需要持续输出视频，如果是，则进入步骤S3。