CN111639046B - 远紫外极光成像仪数据的缓存与实时传输系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种远紫外极光成像仪数据缓存与实时传输系统及方法，用于将远紫外极光成像仪采集的图像数据进行缓存，并传输到上位机；该系统包括：数据采集子系统和实时传输子系统；其中，数据采集子系统，用于将实时传输子系统转发的上位机载荷控制命令发送至极光成像仪，并将极光成像仪的载荷反馈信息发送至实时传输子系统；用于接收极光成像仪发送的图像数据，经处理后缓存，并将缓存的图像数据发送至实时传输子系统；还用于通过参数的配置适应不同的图像数据容量传输要求；实时传输子系统，用于根据上位机的指令进行调度处理，将上位机发送的载荷控制命令发送至数据采集子系统，将数据采集子系统转发的载荷反馈信息和图像数据发送至上位机。

Description

远紫外极光成像仪数据的缓存与实时传输系统及方法
技术领域
本发明涉及空间探测技术，有效载荷的数据处理、存储与传输技术领域，尤其涉及远紫外极光成像仪的数据缓存与实时传输系统及方法。
背景技术
远紫外极光成像仪是中科院先导专项SMILE卫星的主要载荷之一，其科学目标是为磁层全景成像提供极光形态连续探测、获得沉降粒子流量、能量等重要信息，因此，这对于远紫外极光成像仪数据缓存与实时传输系统提出了更高的要求。以往载荷数据缓存系统使用FPGA内部双端口RAM作为缓存，但RAM资源有限，难以满足大容量缓存的需求。外置缓存芯片SRAM的容量虽然相比FPGA内RAM有了一定的提高，但其容量仍有限，并且用于相同容量星载宇航级SRAM芯片成本比SDRAM成本高。宇航级SDRAM芯片最高频率达133MHz，当数据总线为16bit时，理论接口可达2Gbps。采用SDRAM芯片作为载荷数据的存储介质具有容量大、能实时传输、成本低等特点。为了实现的极光形态高动态实时监测，数据缓存系统与实时传输系统必须具备高速缓存和传输数据的能力，因此需要开发适合复杂空间环境的高速大容量图像存储器，从而保证载荷的研制。
本发明所适应的仪器“远紫外极光成像仪”仪器主体结构如附图1的载荷前端系统所示，由光学接收系统、增强型探测器以及载荷电子学系统组成，主要对远紫外波段范围内的微弱光进行成像。光学接收系统采用的是四反结构，镜面镀AL+MgF2反射膜，目的是选择极光带(140nm-180nm)，可以在较长时间内实现探测灵敏度的要求，得到较高分辨率，使光线通过四反结构望远镜汇聚到探测器系统中。普通成像器件在远紫外波段效率较低，需要采用增强型探测器才能满足探测需求。国际上采用的是基于MCP的增强型CMOS/CCD成像探测器。CMOS与CCD相比较，CMOS抗辐照能力强以及控制电路简单，因此UVI中采用的是基于MCP+耦合透镜+CMOS的增强型探测器(ICMOS)。探测器的光窗选择MgF2起保护作用，且抑制120nm以下光线。光阴极采用CsI光阴极，将远紫外辐射转化为电子图像，对180nm以上杂散光有很好的抑制作用，保证探测器对探测波段有适当的响应。微弱的电信号经过微通道板MCP放大倍增轰击到荧光屏。荧光屏采用适合人眼视觉的P43荧光粉，将电信号转化为可见光图像。透镜耦合提高荧光屏利用率，使之输出较多光信号。CMOS将可见光图像转换为数字信号，并通过载荷电子学系统输出图像灰度值数据。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提出了一种远紫外极光成像仪的数据缓存与实时传输系统，本发明提出了一种远紫外极光成像仪的数据缓存与实时传输方法。
为了实现上述目的，本发明提出了一种远紫外极光成像仪数据缓存与实时传输系统，用于将远紫外极光成像仪采集的图像数据进行缓存，并传输到上位机；所述系统包括：数据采集子系统和实时传输子系统；其中，
所述数据采集子系统，用于将所述实时传输子系统转发的上位机的载荷控制命令发送至远紫外极光成像仪，并将远紫外极光成像仪的载荷反馈信息发送至所述实时传输子系统；用于接收远紫外极光成像仪发送的图像数据，经处理后缓存，并将缓存的图像数据发送至所述实时传输子系统；还用于通过参数的配置适应不同的图像数据容量传输要求；
所述实时传输子系统，用于根据上位机的指令进行调度处理，将上位机发送的载荷控制命令发送至所述数据采集子系统，将所述数据采集子系统转发的载荷反馈信息和图像数据发送至上位机。
作为上述系统的一种改进，所述数据采集子系统包括：命令接收处理模块、命令发送处理模块、LVDS数据接收模块、SDRAM缓存控制模块和USB3.0数据输出模块；其中，
所述命令发送处理模块，用于接收所述实时传输子系统发送的载荷控制命令，经解析处理后发送至远紫外极光成像仪，使得远紫外极光成像仪开启工作模块；
所述命令接收处理模块，用于接收远紫外极光成像仪发送的载荷反馈信息，经处理后发送至所述实时传输子系统；
所述LVDS数据接收模块，用于接收远紫外极光成像仪采集的图像数据，并将图像数据由高速串行信号转换为低速并行信号，经打包处理后发送至所述SDRAM缓存控制模块；
所述SDRAM缓存控制模块，用于通过参数的配置适应不同的图像数据容量传输要求；用于接收所述LVDS数据接收模块发送的低速并行的图像数据并发送至SDRAM芯片进行缓存；还用于读取SDRAM芯片缓存的图像数据发送至所述USB3.0数据输出模块；
所述USB3.0数据输出模块，用于将接收到的图像数据发送至实时传输子系统。
作为上述系统的一种改进，所述命令接收处理模块通过Slave FIFO接口从实时传输子系统获取载荷控制命令。
作为上述系统的一种改进，所述命令发送处理模块通过Slave FIFO接口向实时传输子系统发送载荷工作模式反馈信息。
作为上述系统的一种改进，所述USB3.0数据输出模块通过Slave FIFO接口向实时传输子系统发送图像数据。
作为上述系统的一种改进，所述SDRAM缓存控制模块包括：SDRAM参数配置单元、SDRAM控制单元、SDRAM仲裁单元、数据输入单元和数据输出单元；其中，
所述SDRAM参数配置单元，用于通过发送参数配置指令至所述SDRAM控制单元、SDRAM仲裁单元、数据输入单元和数据输出单元，以适应不同的图像数据传输要求；其中，参数配置指令包括：刷新定时计数参数指令、初始化模式寄存器配置参数指令、数据地址配置参数指令、数据位宽参数指令和数据深度参数指令；
所述SDRAM仲裁单元，用于通过状态机控制SDRAM芯片的自刷新、行激活、数据写入和数据回放的工作优先级；用于接收所述数据输入单元发送的图像数据；还用于根据收到的所述刷新定时计数参数指令，修改SDRAM芯片的行刷新时间；
所述SDRAM控制单元，用于控制SDRAM芯片的自刷新、行激活、数据写入和数据回放；用于根据收到的所述初始化模式寄存器配置参数指令，修改SDRAM芯片的突发长度；以及修改写数据地址和读数据地址；
所述数据输入单元，用于接收并缓存所述LVDS数据接收模块发送的图像数据，当数据缓存达到预设的缓存大小时，通过异步FIFO将图像数据发送至所述SDRAM仲裁单元；用于根据收到的所述数据位宽参数指令，修改数据位宽参数；还用于根据收到的所述数据深度参数指令，修改数据深度参数；
所述数据输出单元，用于缓存SDRAM芯片读取的图像数据，当数据缓存达到预设的缓存大小时，通过异步FIFO将图像数据发送至所述USB3.0数据输出模块；用于根据收到的所述数据位宽参数指令，修改数据位宽参数；还用于根据收到的所述数据深度参数指令，修改数据深度参数。
作为上述系统的一种改进，所述传输子系统具体包括：USB3.0任务调度模块、命令处理模块和数据接收模块；其中，
所述USB3.0任务调度模块，用于根据上位机的命令调度所述实时传输子系统的命令处理模块和数据接收模块；
所述命令处理模块，用于接收上位机发送的载荷控制命令，向所述数据采集子系统发送；用于接收数据采集子系统转发的反馈信息向上位机发送，供上位机显示载荷当前运行状态；
所述数据接收模块，用于接收所述数据采集子系统发送的图像数据，向上位机发送，供上位机显示和存储图像数据。
本发明还提出了一种远紫外极光成像仪数据缓存与实时传输方法，基于上述远紫外极光成像仪数据缓存与实时传输系统实现，所述方法包括：
所述实时传输子系统的USB3.0任务调度模块，根据上位机的命令调度实时传输子系统的命令处理模块；
所述实时传输子系统的命令处理模块接收上位机发送的载荷控制命令，向数据采集子系统发送；并接收载荷反馈信息向上位机发送，供上位机显示载荷当前运行状态；
所述数据采集子系统的命令发送处理模块接收载荷控制命令，经解析处理后发送至远紫外极光成像仪，使得远紫外极光成像仪开启工作模块；
所述数据采集子系统的命令接收处理模块，接收远紫外极光成像仪发送的载荷反馈信息，经处理后发送至实时传输子系统；
所述数据采集子系统的LVDS数据接收模块，接收远紫外极光成像仪采集的图像数据，并将图像数据由高速串行信号转换为低速并行信号，经打包处理后发送至数据采集子系统的SDRAM缓存控制模块；
所述数据采集子系统的SDRAM缓存控制模块接收打包的图像数据并发送至SDRAM芯片进行缓存；并将SDRAM芯片缓存的图像数据发送至数据采集子系统的USB3.0数据输出模块；
所述数据采集子系统的USB3.0数据输出模块，将接收到的图像数据发送至实时传输子系统；
所述实时传输子系统的USB3.0任务调度模块调度实时传输子系统的数据接收模块；
所述实时传输子系统的数据接收模块，接收图像数据，向上位机发送，供上位机显示和存储图像数据。
与现有技术相比，本发明的优势在于：
1、本发明提供的控制系统处理能力强，接口种类丰富且不冲突，各控制部件能够稳定协调工作；
2、本发明设计了通用、可配置的SDRAM控制器，减少开发成本；
3、本发明提出的控制方法原理明确，步骤清晰。重新配置USB3.0固件程序，由上位机发送指令切换线程启动，实现控制端点控制传输相比传统的通过硬件切换线程，灵活性高。采用高速USB3.0数据传输线，远紫外极光成像仪数据缓存与实时传输系统带宽可达1.9Gbps，数据传输稳定无丢失；
4、本发明系统内部的设计标准化，可提升系统的移植性和可维护性。
附图说明
图1是远紫外极光成像仪的仪器主体结构和本发明实施例1远紫外极光成像仪数据缓存与实时传输系统的连接图；
图2是本发明实施例1的数据采集子系统结构框图；
图3是本发明实施例1的实时传输子系统的控制图；
图4是本发明实施例1的采集子系统与实时传输子系统通信的Slave FIFO接口状态跳转图；
图5是本发明实施例1的上位机软件界面图。
具体实施方式
本发明的目的在于开发适合复杂空间环境的高速大容量图像通用存储器，实现通过上位机完成指令发送、指令反馈接收、图像数据接收、显示以及存储。
本发明所适应的仪器“远紫外极光成像仪”仪器主体结构和本发明的数据缓存与实时传输系统的连接关系如附图1所示。载荷前端系统由光学接收系统、探测器系统以及载荷电子学系统组成，主要对远紫外波段范围内的微弱光进行成像。光学接收系统采用的是四反结构，镜面镀AL+MgF2反射膜，目的是选择极光带(140nm-180nm)，可以在较长时间内实现探测灵敏度的要求，得到较高分辨率，使光线通过四反结构望远镜汇聚到探测器系统中。普通成像器件在远紫外波段效率较低，需要采用增强型探测器才能满足探测需求。国际上采用的是基于MCP的增强型CMOS/CCD成像探测器。CMOS与CCD相比较，CMOS抗辐照能力强以及控制电路简单，因此UVI中采用的是基于MCP+耦合透镜+CMOS的增强型探测器(ICMOS)。探测器的光窗选择MgF2起保护作用，且抑制120nm以下光线。光阴极采用CsI光阴极，将远紫外辐射转化为电子图像，对180nm以上杂散光有很好的抑制作用，保证探测器对探测波段有适当的响应。微弱的电信号经过微通道板MCP放大倍增轰击到荧光屏。荧光屏采用适合人眼视觉的P43荧光粉，将电信号转化为可见光图像。透镜耦合提高荧光屏利用率，使之输出较多光信号。CMOS将可见光图像转换为数字信号，并通过载荷电子学系统输出图像灰度值数据。
本发明提供的数据采集与实时传输系统和载荷之间需要完成三个任务：任务一：上位机载荷控制指令发送；任务二：载荷状态反馈指令接收；任务三：载荷图像数据接收。载荷在工作过程中有多种模式，需要使用任务一和任务二完成载荷与上位机之间通信，实时了解此时载荷的工作状态。实际操作中，任务一对应线程一、任务二对应线程二以及任务三对应线程三。
上位机命令处理单元发送线程一启动的控制命令，通过实时传输子系统将载荷控制命令发送至数据采集子系统，数据采集子系统负责对接收到的载荷控制命令进行解析，将解析后的指令通过RS422协议发送给载荷前端系统。载荷前端系统接收到载荷控制命令后，在规定时间通过RS422协议内返回到数据采集系统中，再通过实时传输子系统传到上位机界面，以确认载荷正确接收到指令，完成握手，告知上位机载荷目前的工作状态。
载荷前端系统接收到图像数据采集的命令后，开始进入图像采集模式，产生的图像数据通过LVDS协议芯片转换成高速串行信号输出到LVDS数据接收单元，LVDS数据接收单元将高速串行信号转换成低速并行数据，送入SDRAM缓存控制模块进行缓存。经SDRAM芯片缓存后的数据送至USB3.0数据输出模块，再通过实时传输子系统传输至上位机进行数据显示与存储。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进行详细的说明。
实施例1
附图2是本发明所述数据采集子系统内部结构框图。该子系统包括：命令接收处理模块、命令发送处理模块、LVDS数据接收模块、SDRAM缓存控制模块和USB3.0数据输出模块。此外还有PLL数字时钟管理模块。
所述PLL数字时钟管理模块，提供给FPGA内部设计的各模块时钟频率。FPGA内部的各模块分别是SDRAM缓存控制模块的各个子模块、命令处理与接收单元对应的Slave FIFO接口、USB3.0数据输出模块的Slave FIFO接口、命令解析模块、RS422命令发送模块、RS422命令接收模块、LVDS数据接收模块。使得新旧时钟信号同步或者相干，从而实现倍频、分频、占空比可调，且频率稳定。
在进行数据采集之前，需要对SDRAM缓存控制模块进行配置，从而能驱动满足项目所需的SDRAM芯片。即所述图2中的SDRAM缓存控制模块，该模块参数可配置、兼容各类SDRAM芯片。
所述SDRAM缓存控制模块具体实施方式，进行模块化设计，一定程度上将逻辑划分模块，采用层次化结构设计并引入参数配置层，通过对参数进行配置可以满足不同项目需求。SDRAM缓存控制模块包括：SDRAM参数配置单元、SDRAM控制单元、SDRAM仲裁单元、数据输入单元和数据输出单元。
所述SDRAM参数配置模块，该模块通过参数配置指令发送给SDRAM控制单元、SDRAM仲裁单元、数据输入单元、数据输出单元，可以满足不同项目需求。
所述SDRAM控制单元的作用：负责SDRAM各个状态的命令控制、对应状态下的行列地址和Bank地址的分配，以及读写状态下的数据传输。该模块接收到SDRAM参数配置单元指令，对应修改该单元中的初始化模式寄存器配置参数，该参数影响SDRAM的突发长度(SDRAM的突发长度有1、2、4、8、全页突发)。接收到SDRAM参数配置单元指令，改变该单元数据地址参数，可以改变写数据/读数据时的行激活地址、数据写入地址以及读数据时的地址。
所述SDRAM仲裁单元的作用：控制SDRAM的所有工作状态，通过状态机控制SDRAM工作状态之间的优先级。SDRAM芯片的刷新时间受到地址位数的影响，不同的地址位数，对应的刷新时间不同。该单元接收到SDRAM参数配置单元的指令后，改变该单元中的刷新定时计数参数，更改SDRAM芯片中每行的刷新时间。
所述数据输入单元的作用：缓存LVDS接收单元中传输的数据，通过该单元对数据量的计数，累积到512个字节后，对SDRAM缓存控制模块发起数据写入触发；同时因为系统中有多个时钟域，保证数据采样正确性，需要进行跨时钟域处理，也需要该单元。该单元设计采用异步FIFO，该单元接收到SDRAM参数配置模块的指令后，改变该单元中的数据位宽参数及数据深度参数。数据深度与SDRAM芯片的地址以及所选的突发长度有关，该单元配置的数据深度与数据输出单元的深度参数一样，系统选取页突发的方式，因此深度设计与所对应的SDRAM芯片列地址数有关，如该SDRAM芯片的列地址为11位，所需深度的字节个数为2^11＝2048。
所述数据输出单元的作用：缓存从SDRAM芯片读取出来的数据。该单元需要通过USB3.0数据传输单元与实时传输子系统通信，因此需要该单元进行跨时钟域处理，保证数据采样的完整性，该单元采用异步FIFO；该单元数据量积累到512个字节后，可发起USB3.0数据输出模块的Slave FIFO接口进行数据输出。该单元接收到SDRAM参数配置单元的指令后，改变该单元中的数据位宽参数及数据深度参数，数据深度参数配置与上文数据输入单元同理。
所述命令发送处理模块的作用：接收传输子系统发送的载荷控制命令，经解析处理后发送至远紫外极光成像仪，使得远紫外极光成像仪开启工作模块。包括RS422命令发送子模块和命令解析子模块
所述命令接收处理模块的作用：接收远紫外极光成像仪发送的载荷反馈信息，经处理后发送至所述实时传输子系统。包括RS422命令接收子模块和命令解析子模块。其中，命令解析子模块是命令发送处理模块和命令接收处理模块共用的。
RS422命令发送子模块和RS422命令接收子模块是数据采集子系统中与载荷命令模块对接的模块。上位机给载荷发送指令，通过实时传输子系统发送至数据采集子系统命令发送处理模块的Slave FIFO接口，经由命令解析子模块进行命令解析，又通过RS422命令发送子模块发送至载荷前端系统中命令接收模块，开启载荷的工作模式，同时，载荷前端系统中的命令发送模块，将当前状态的工作模式传输到数据采集子系统的RS422命令接收子模块，经命令解析子模块解析后，再通过命令接收处理模块的Slave FIFO接口传输至实时传输子系统，最后发送至上位机界面进行显示与存储。
所述LVDS数据接收单元接收到上位机发送的载荷控制命令，经实时传输子系统发送至数据采集子系统中的命令发送处理模块，经命令解析模块解析之后，该指令送入RS422命令发送模块，再发送到载荷前端的命令接收模块，当指令内容为载荷图像数据开启时，此时载荷数据端将数据传送到数据采集子系统中，经LVDS数据接收单元输入，LVDS数据接收单元将高速串行信号转换成低速并行数据，打包后送入到SDRAM缓存控制模块的数据输入单元中。数据输入单元数据累积到512个字节后，将数据送入到SDRAM仲裁单元。当数据缓存达到SDRAM芯片一次突发长度后，SDRAM仲裁单元将数据送入到SDRAM控制单元。SDRAM控制单元将数据送入SDRAM芯片中进行缓存。当SDRAM仲裁单元发起SDRAM芯片读操作时，SDRAM控制单元将数据从SDRAM芯片中读出，送入到数据输出单元。数据输出单元输出的数据经USB3.0数据输出单元的Slave FIFO接口发送至实时传输子系统，实时传输子系统的数据接收模块输出至上位机进行实时存储和显示。
表1可配置参数
Figure BDA0002486044690000091
附图3是本发明所述实时传输子系统的控制图。所述数据采集子系统中发送的指令和反馈的指令均写入到FPGA内部的寄存器中，图像数据缓存到FPGA内部的FIFO中。所述数据采集子系统通过实时传输子系统与上位机通信，实时传输子系统通过驱动USB3.0芯片与上位机通信。所述实时传输子系统采用的是USB3.0的块传输方式，具有两个传输端点，数据传输方向具有双向性，但是在同一时刻只能进行同一方向的数据输入或者输出，因此需要对数据通道的传输方向进行切换。即完成上文所述的任务一、任务二和任务三。
由于通过PC主机控制所述实时传输子系统数据通道的传输方向，因此需通过开发上位机程序、修改原有的USB3.0固件程序、以及开发FPGA与实时传输系统通信的SlaveFIFO接口三个部分来完成数据通道的传输方向切换。其中，
所述开发上位机程序对应设计所述上位机中任务调度处理单元，该单元采用基于Microsof.NET语言的库进行与PC机的通信。当上位机触发其中某一任务时，该单元中调用控制请求类函数将自定义的请求操作码输出，设置控制端点的传输方向，输出对应的Valve值；
所述修改原有的USB3.0固件程序对应设计所述的实时传输子系统，该系统三个模块分别是命令处理模块、数据接收模块、USB3.0任务调度模块。其中，
所述命令处理模块的作用：与上位机的命令处理单元进行通信，向所述数据采集子系统发送载荷控制命令；以及接收数据采集子系统转发的反馈信息，同时与上位机的命令处理单元进行通信，显示载荷当前运行状态；
所述数据接收模块的作用：与上位机的USB3.0数据接收单元进行通信，接收所述数据采集子系统发送的图像数据供，在上位机显示和存储图像数据；
所述USB3.0任务调度模块的作用：调度所述命令处理模块和数据接收模块。该模块中首先创建三个线程分别对应任务一指令发送、任务二指令反馈和任务三数据接收。其次在初始化应用程序中对三个GPIO管脚进行初始化，当PC主机通过请求操作码将线程切换对应的值Value1、Value2、Value3传输到USB3.0固件中，固件中的USB Setup回调函数解码，对上位机操作码字段进行判断，调用固件库函数对所述实时传输子系统中的GPIO管脚进行输出发送到所述数据采集子系统的命令发送处理模块、命令接收处理模块、USB3.0数据输出模块；
所述FPGA与实时传输系统通信的Slave FIFO接口对应设计所述数据采集子系统中的命令发送处理模块、命令接收处理模块、USB3.0数据输出模块。所述实时传输子系统输出的值TCTL1、TCTL2、TCTL3分别发送到所述数据采集子系统中的命令发送处理模块、命令接收处理模块、USB3.0数据输出模块。当接收到某一TCTL值对应某一任务的启动，从而完成实时传输子系统数据通道的传输方向切换。
附图4是本发明所述数据采集子系统与实时传输子系统通信的Slave FIFO接口状态跳转图。任务一、任务二、任务三由三个线程构成，分别对应所述数据采集子系统中的命令发送处理模块、命令接收处理模块和USB3.0数据输出模块。每个线程采用两种标志信号：全局空\满信号和局部空\满信号，表示USB3.0端FIFO全空\满和局部空\满，从而完成数据读写。所述上位机任务调度处理单元进行线程切换，输出不同的值即Value1、Value2、Value3，发送至实时传输子系统后输出对应的TCTL1、TCTL2、TCTL3，开始启动不同的线程运行。
附图5是本发明所述系统控制上位机软件运行图。根据控制系统各部分功能分为以下几个模块：当前设备连接与断开状态；USB3.0固件与上位机通信端点显示状态；上位机发送指令正确传送的情况；载荷指令接收并且反馈显示到上位机界面；载荷数据传送到上位机界面，进行显示与存储。
经过实验验证，本发明设计的可配置通用SDRAM控制器能够兼容最大容量为512Mbits的SDRAM芯片，且能够实现“远紫外极光成像仪”的指令发送与接收，并能接收到远紫外极光成像仪数据。
实施例2
基于实施例1的系统，本实施例提出了一种远紫外极光成像仪数据缓存与实时传输方法，该方法包括：
实时传输子系统的USB3.0任务调度模块，根据上位机的命令调度实时传输子系统的命令处理模块；
实时传输子系统的命令处理模块接收上位机发送的载荷控制命令，向数据采集子系统发送；并接收载荷反馈信息向上位机发送，供上位机显示载荷当前运行状态；
数据采集子系统的命令发送处理模块接收载荷控制命令，经解析处理后发送至远紫外极光成像仪，使得远紫外极光成像仪开启工作模块；
数据采集子系统的命令接收处理模块，接收远紫外极光成像仪发送的载荷反馈信息，经处理后发送至实时传输子系统；
数据采集子系统的LVDS数据接收模块，接收远紫外极光成像仪采集的图像数据，并将图像数据由高速串行信号转换为低速并行信号，经打包处理后发送至数据采集子系统的SDRAM缓存控制模块；
数据采集子系统的SDRAM缓存控制模块接收打包的图像数据并发送至SDRAM芯片进行缓存；并将SDRAM芯片缓存的图像数据发送至数据采集子系统的USB3.0数据输出模块；
数据采集子系统的USB3.0数据输出模块，将接收到的图像数据发送至实时传输子系统；
实时传输子系统的USB3.0任务调度模块调度实时传输子系统的数据接收模块；
实时传输子系统的数据接收模块，接收图像数据，向上位机发送，供上位机显示和存储图像数据。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种远紫外极光成像仪数据缓存与实时传输系统，用于将远紫外极光成像仪采集的图像数据进行缓存，并传输到上位机；其特征在于，所述系统包括：数据采集子系统和实时传输子系统；其中，
所述数据采集子系统，用于将所述实时传输子系统转发的上位机载荷控制命令发送至远紫外极光成像仪，并将远紫外极光成像仪的载荷反馈信息发送至所述实时传输子系统；用于接收远紫外极光成像仪发送的图像数据，经处理后缓存，并将缓存的图像数据发送至所述实时传输子系统；还用于通过参数的配置适应不同的图像数据容量传输要求；
所述实时传输子系统，用于根据上位机的指令进行调度处理，将上位机发送的载荷控制命令发送至所述数据采集子系统，将所述数据采集子系统转发的载荷反馈信息和图像数据发送至上位机；
所述数据采集子系统包括：命令接收处理模块、命令发送处理模块、LVDS数据接收模块、SDRAM缓存控制模块和USB3.0数据输出模块；其中，
所述命令接收处理模块，用于接收所述实时传输子系统发送的载荷控制命令，经解析处理后发送至远紫外极光成像仪，使得远紫外极光成像仪开启工作模块；
所述命令发送处理模块，用于接收远紫外极光成像仪发送的载荷反馈信息，经处理后发送至所述实时传输子系统；
所述LVDS数据接收模块，用于接收远紫外极光成像仪采集的图像数据，并将图像数据由高速串行信号转换为低速并行信号，经打包处理后发送至所述SDRAM缓存控制模块；
所述SDRAM缓存控制模块，用于通过参数的配置适应不同的图像数据容量传输要求；用于接收所述LVDS数据接收模块发送的低速并行的图像数据并发送至SDRAM芯片进行缓存；还用于读取SDRAM芯片缓存的图像数据发送至所述USB3.0数据输出模块；
所述USB3.0数据输出模块，用于根据EP0控制端点控制传输，将接收到的图像数据发送至实时传输子系统；
所述SDRAM缓存控制模块包括：SDRAM参数配置单元、SDRAM控制单元、SDRAM仲裁单元、数据输入单元和数据输出单元；其中，
所述SDRAM参数配置单元，用于通过发送参数配置指令至所述SDRAM控制单元、SDRAM仲裁单元、数据输入单元和数据输出单元，以适应不同的图像数据传输要求；其中，参数配置指令包括：刷新定时计数参数指令、初始化模式寄存器配置参数指令、数据地址配置参数指令、数据位宽参数指令和数据深度参数指令；
所述SDRAM仲裁单元，用于通过状态机控制SDRAM芯片的自刷新、行激活、数据写入和数据回放的工作优先级；用于接收所述数据输入单元发送的图像数据；还用于根据收到的所述刷新定时计数参数指令，修改SDRAM芯片的行刷新时间；
所述SDRAM控制单元，用于控制SDRAM芯片的自刷新、行激活、数据写入和数据回放；用于根据收到的所述初始化模式寄存器配置参数指令，修改SDRAM芯片的突发长度；以及修改写数据地址和读数据地址；
所述数据输入单元，用于接收并缓存所述LVDS数据接收模块发送的图像数据，当数据缓存达到预设的缓存大小时，通过异步FIFO将图像数据发送至所述SDRAM仲裁单元；用于根据收到的所述数据位宽参数指令，修改数据位宽参数；还用于根据收到的所述数据深度参数指令，修改数据深度参数；
所述数据输出单元，用于缓存SDRAM芯片读取的图像数据，当数据缓存达到预设的缓存大小时，通过异步FIFO将图像数据发送至所述USB3.0数据输出模块；用于根据收到的所述数据位宽参数指令，修改数据位宽参数；还用于根据收到的所述数据深度参数指令，修改数据深度参数。
2.根据权利要求1所述的远紫外极光成像仪数据缓存与实时传输系统，其特征在于，所述命令接收处理模块通过Slave FIFO接口从实时传输子系统获取载荷控制命令。
3.根据权利要求1所述的远紫外极光成像仪数据缓存与实时传输系统，其特征在于，所述命令发送处理模块通过Slave FIFO接口向实时传输子系统发送载荷工作模式反馈信息。
4.根据权利要求1所述的远紫外极光成像仪数据缓存与实时传输系统，其特征在于，所述USB3.0数据输出模块通过Slave FIFO接口向实时传输子系统发送图像数据。
5.根据权利要求1所述的远紫外极光成像仪数据缓存与实时传输系统，其特征在于，所述实时传输子系统具体包括：USB3.0任务调度模块、命令处理模块和数据接收模块；其中，
所述USB3.0任务调度模块，用于根据上位机的命令调度所述命令处理模块和数据接收模块；
所述命令处理模块，用于接收上位机发送的载荷控制命令，向所述数据采集子系统发送；用于接收数据采集子系统转发的反馈信息向上位机发送，供上位机显示载荷当前运行状态；
所述数据接收模块，用于接收所述数据采集子系统发送的图像数据，向上位机发送，供上位机显示和存储图像数据。
6.一种远紫外极光成像仪数据缓存与实时传输方法，基于权利要求1-5之一所述的远紫外极光成像仪数据缓存与实时传输系统实现，所述方法包括：
所述实时传输子系统的USB3.0任务调度模块，根据上位机的命令调度实时传输子系统的命令处理模块；
所述实时传输子系统的命令处理模块接收上位机发送的载荷控制命令，向数据采集子系统发送；并接收载荷反馈信息向上位机发送，供上位机显示载荷当前运行状态；
所述数据采集子系统的命令发送处理模块接收载荷控制命令，经解析处理后发送至远紫外极光成像仪，使得远紫外极光成像仪开启工作模块；
所述数据采集子系统的命令接收处理模块，接收远紫外极光成像仪发送的载荷反馈信息，经处理后发送至实时传输子系统；
所述数据采集子系统的LVDS数据接收模块，接收远紫外极光成像仪采集的图像数据，并将图像数据由高速串行信号转换为低速并行信号，经打包处理后发送至数据采集子系统的SDRAM缓存控制模块；
所述数据采集子系统的SDRAM缓存控制模块接收打包的图像数据并发送至SDRAM芯片进行缓存；并将SDRAM芯片缓存的图像数据发送至数据采集子系统的USB3.0数据输出模块；
所述数据采集子系统的USB3.0数据输出模块，将接收到的图像数据发送至实时传输子系统；
所述实时传输子系统的USB3.0任务调度模块调度实时传输子系统的数据接收模块；
所述实时传输子系统的数据接收模块，接收图像数据，向上位机发送，供上位机显示和存储图像数据。
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