CN202711245U - 基于pci-e总线的信号切换设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种基于PCI-E总线的信号切换设备，包括输入板、输出板、超高速数据交换背板、主控板、控制面板、控制软件，输入板、输出板、以及主控板都插接在超高速数据交换背板上的插槽中，输入板输入各种信号之后转成统一的数字信号，在主控板的控制下通过超高速数据交换背板传输给输出板，然后由输出板输出给接收设备。本实用新型充分利用PCI-E总线的高带宽、独立传输、点对点可交换的特性，具有可扩展性好、输入信号分辨率高、模块化设计可以支持“混插”，即一个设备里可以同时插入多种类型的输入板和输出板，各种类型的信号可以互不干扰的切换。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种信号切换设备。具体涉及一种基于PCI-E总线的信号切换设备。
背景技术
总线是计算机系统中各种功能部件之间传送信息的公共通信干线。总线按插槽类型可分为：ISA总线、PCI总线、AGP总线和PCI-E总线。总线的主要技术指标：
1、总线的带宽(总线数据传输速率)
总线的带宽指的是单位时间内总线上传送的数据量，即每钞钟传送的最大稳态数据传输率。
2、总线的位宽
总线的位宽指的是总线能同时传送的二进制数据的位数，或数据总线的位数，即32位、64位等总线宽度的概念。总线的位宽越宽，每秒钟数据传输率越大，总线的带宽越宽。
3、总线的工作频率
总线的工作时钟频率以MHZ为单位，工作频率越高，总线工作速度越快，总线带宽越宽。
PCI-E(PCI-Express)总线，是最新的总线和接口标准，它是由英特尔提出的，交由PCI-SIG认证发布。这个新标准全面取代现行的PCI和AGP，最终实现总线标准的统一。PCI-E采用了目前业内流行的点对点串行连接，比起PCI以及更早期的计算机总线的共享并行架构，每个设备都有自己的专用连接，不需要向整个总线请求带宽，而且可以把数据传输率提高到一个很高的频率，达到PCI所不能提供的高带宽。相对于传统PCI总线在单一时间周期内只能实现单向传输，PCI-E的双 单工连接能提供更高的传输速率和质量，它们之间的差异跟半双工和全双工类似。PCI-E是一种双向串行连接。其总线本身又分成数个通道(LANE)，每个通道支持2.5GbpS的双向数据传输速度。
PCI-E总线主要有下面的技术优势：
(1)是串行总线，进行点对点传输，每个传输通道独享带宽。
(2)PCI-E总线支持双向传输模式和数据分通道传输模式。其中数据分通道传输模式即x1、x2、x4、x8、x12、x16和x32多通道连接，x1单向传输带宽即可达到250MB/s，双向传输带宽更能够达到500MB/s。
(3)PCI-E总线充分利用先进的点到点互连、基于交换的技术、基于包的协议来实现新的总线性能和特征。
(4)PCI-E总线充分利用先进的点到点互连，降低了系统硬件平台设计的复杂性和难度，从而大大降低了系统的开发制造设计成本，极大地提高系统的性价比和健壮性。
DVI(Digital Video Interface)，即数字视频接口。DVI是基于TMDS(Transition Minimized Differential Signaling，转换最小差分信号)技术来传输数字信号，TMDS运用先进的编码算法把8bit数据(R、G、B中的每路基色信号)通过最小转换编码为10bit数据(包含行场同步信息、时钟信息、数据DE、纠错等)，经过DC平衡后，采用差分信号传输数据，它和LVDS、TTL相比有较好的电磁兼容性能，可以用低成本的专用电缆实现长距离、高质量的数字信号传输。TMDS技术的连接传输结构如图1所示。数字视频接口(DVI)是一种国际开放的接口标准，在PC、DVD、高清晰电视(HDTV)、高清晰投影仪等设备上有广泛的应用。
VGA(Video Graphics Array)即视频图形阵列。是IBM于1987年提出的一个使用模拟信号的电脑显示标准。VGA接口是一种D型接口，上面共有15针孔，分成三排，每排五个。其中，除了2根NC(Not Connect)信号、3根显示数据总线和5个GND信号，比较重要的是3根RGB 彩色分量信号和2根扫描同步信号HSYNC和VSYNC针。VGA接口中彩色分量采用RS343电平标准。RS343电平标准的峰峰值电压为1V。VGA接口是显卡上应用最为广泛的接口类型，多数的显卡都带有此种接口。
CVBS(复合视频广播信号)，它是一个模拟电视节目(图片)信号在与声音信号结合，并调制到射频载波之前的一种格式。CVBS是被广泛使用的标准，也叫做基带视频或RCA视频，是(美国)国家电视标准委员会(NTSC)电视信号的传统图像数据传输方法，它以模拟波形来传输数据。复合视频包含色差(色调和饱和度)和亮度(光亮)信息，并将它们同步在消隐脉冲中，用同一信号传输。在快速扫描的NTSC电视中，甚高频(VHF)或超高频(UHF)载波是复合视频所使用的调整振幅，这使产生的信号大约有6MHz宽。一些闭路电视系统使用同轴电缆近距离传输复合视频，一些DVD播放器和视频磁带录像机(VCR)通过拾音插座提供复合视频输入和输出，这个插座也叫做RCA连接器。复合视频中，色差和亮度信息的干涉是不可避免的，特别是在信号微弱的时候。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种基于PCI-E总线的信号切换设备，能通过控制面板或控制软件把输入的信号切换到任意的输出。本实用新型充分利用PCI-E总线的高带宽、独立传输、点对点可交换的特性，具有可扩展性好、输入信号分辨率高、模块化设计可以支持“混插”，即一个设备里可以同时插入多种类型的输入板和输出板，各种类型的信号可以互不干扰的切换。
为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
本实用新型的一种基于PCI-E总线的信号切换设备，包括若干输入板In1，…，Inx、若干输出板Out1，…，Outx、超高速数据交换背板103、主控板102、控制面板101，输入板In1，…，Inx、输出板Out1，…，Outx、以及主控板102都插接在超高速数据交换背板103上 的插槽中，输入板In1，…，Inx输入各种信号之后转成统一的数字信号，在主控板102的控制下通过超高速数据交换背板103传输给输出板Out1，…，Outx，然后由输出板Out1，…，Outx输出给接收设备，所述主控板102用于接收来至控制面板101和控制软件的命令控制超高速数据交换背板103进行数据切换，主控板102同时存储了当前的切换状态和输入、输出端口类型和数量信息。
其中，所述输入板In1，…，Inx包括信号输入接口DVI的输入板、信号输入接口VGA的输入板、信号输入接口CVBS的输入板，上述输入板In1，…，Inx都采用统一的PCI-E x4型号的插槽。
其中，所述输出板Out1，…，Outx包括信号输出接口DVI的输出板、信号输出接口VGA的输出板、信号输出接口CVBS I的输出板，上述输出板Out1，…，Outx都采用统一的PCI-E x4型号的插槽。
其中，所述超高速数据交换背板103包括若干个PCI-E的插槽、两颗PCI-E总线切换芯片P_SW_1、P_SW_2，其中，PCI-E的插槽包括第一插槽Slot00、第二插槽Slot01～Slot09、第三插槽Slot10～Slot16，第一插槽Slot00专门用于插接主控板102，第二插槽Slot01～Slot09用于插接输入板，第三插槽(Slot10～Slot16)用于插接输出板，所述若干个PCI-E插槽中的数据线都连接到PCI-E总线切换芯片P_SW_1、P_SW_2相应的数据交换接口上，两颗PCI-E总线切换芯片P_SW_1、P_SW_2将数据给上述各个PCI-E插槽上独立进行传输。
其中，所述控制面板101上有按键、液晶屏，按键用于控制信号的切换，液晶屏用于显示设备的切换状态和输入、输出信息。
由于采取了以上技术方案，本实用新型的优点在于：
1、基于PCI-E总线，内部总线带宽高，非常适合传输超高带宽的高清数字信号，输入信号分辨率高、适应性广。
2、基于PCI-E总线，巧妙的利用PCI-E交换芯片的点对点可交换的特性来实现信号切换，不需要再添加额外的切换芯片，成本低， 性价比高。
3、模块化设计，同时各个输入信号都独立传输互不干扰，可以支持“混插”，即一个设备里可以同时插入多种类型的输入板和输出板，各种类型的信号可以互不干扰的切换。这样做的好处是提高了集成度，使设备占用的空间更小。这样系统更加精简，成本更低。比如说大多数的现场为了切换VGA信号和Video信号会分别配置一台VGA切换设备和Video切换设备，这样会占用两个设备的空间。当切换设备支持“混插”时就只需要一个切换设备，在这个设备里集成所需数量的VGA输入、输出板和Video输入输出板。
4、所有信号输入到本系统中后都会转换成纯数字信号，这便于传输和控制，抗干扰强，显示效果会更佳，同时提高了稳定性。
5、因为是基于PCI-E总线，可以利用市面上已有的PCI-E总线扩展板卡和线缆扩展整个设备的规模，这样便于构建超大输入输出规模的切换系统。
附图说明
图1为本实用新型的总体系统原理方框示意图。
图中：In1，…，Inx：若干输入板；Out1，…，Outx：若干输出板；103：超高速数据交换背板；P_SW_1，P_SW_2：PCI-E总线切换芯片；102：主控板；101：控制面板；Slot00、第一插槽；Slot01～Slot09、第二插槽；Slot10～Slot16：第三插槽。
图中实线表示的是数据，虚线表示的是控制命令。
具体实施方式
以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
参见图1，本实用新型是一种基于PCI-E总线的信号切换设备，由若干输入板In1，…，Inx、若干输出板Out1，…，Outx、超高速数据交换背板103、主控板102、控制面板101、控制软件组成，输入板 In1，…，Inx、输出板Out1，…，Outx、以及主控板102都插接在超高速数据交换背板103上的插槽中，输入板In1，…，Inx输入各种信号之后转成统一的数字信号，在主控板102的控制下通过超高速数据交换背板103传输给输出板Out1，…，Outx，然后由输出板Out1，…，Outx输出给接收设备，所述主控板102用于接收来至控制面板101和控制软件的命令控制超高速数据交换背板103进行数据切换，主控板102同时存储了当前的切换状态和输入、输出端口类型和数量信息。本实用新型充分利用PCI-E总线的高带宽、独立传输、点对点可交换的特性，具有可扩展性好、输入信号分辨率高、模块化设计可以支持“混插”，即一个设备里可以同时插入多种类型的输入板和输出板，各种类型的信号可以互不干扰的切换。
本实用新型的原理是：输入板、输出板、以及主控板都插接在超高速数据交换背板上的插槽中。输入板输入各种信号之后转成统一的数字信号，在主控板的控制下通过超高速数据交换背板传输给输出板，然后由输出板输出给接收设备。
本实用新型所述的输入板按信号输入接口(包括DVI、VGA、CVBS)依照模块化设计的方式设计成不同类型的输入板，输入板输入各种信号之后转成统一格式的数字信号。各种类型的输入板都采用统一的PCI-E x4的插槽。输入板都插接在超高速数据交换背板上的插槽中进行数据传输。输入板由输入端子，输入信号采集芯片、信号转换芯片、PCI-E接口芯片等主要部件组成。
本实用新型所述的输出板按信号输出接口(包括DVI、VGA、CVBS)依照模块化设计的方式设计成不同类型的输出板。各种类型的输出板都采用统一的PCI-E x4的插槽。输出板都插接在超高速数据交换背板上的插槽中接收数据。输入板由PCI-E接口芯片，信号转换芯片，输出驱动芯片，输出端子等主要部件组成。
本实用新型所述的超高速数据交换背板上设计有多个PCI-E的插 槽Slot00、Slot01～Slot09、Slot10～Slot16。其中第一插槽Slot00专门用来插接主控板，而第二插槽Slot01～Slot09、第三Slot10～Slot16可以用来插接输入板或输出板。这些PCI-E插槽中的数据线都连接到PCI-E总线切换芯片P_SW_1、P_SW_2相应的数据交换接口上。其中PCI-E总线切换芯片P_SW_1管理插槽Slot01～Slot08，一共8个插槽。其中PCI-E总线切换芯片P_SW_2管理插槽Slot09～Slot16，一共8个插槽。所有的插槽物理上都设计成PCI-E x16的，但实际工作模式是PCI-E x4。超高速数据交换背板最主要的功能是靠两颗PCI-E总线切换芯片本身自带的超高速数据交换能力把数据在各个PCI-E插槽独立进行传输。经过严格技术选型，我们采用PLX Technology的PEX 8696作为PCI-E总线切换芯片。该芯片集成度高，价格适中，单颗芯片支持96条Lane，24个Port。
本实用新型所述的主控板接收来至控制面板和控制软件的命令控制超高速数据交换背板进行数据切换。主控板同时负责存储当前的切换状态和输入、输出端口类型和数量等信息。主控板是由嵌入式CPU，内存，NAND Flash和相应I/O端口和控制端口组成的嵌入式主板。采用嵌入式Linux作为操作系统，整体系统简单，稳定，启动速度快。
本实用新型所述的控制面板上有按键用来控制信号的切换，同时设计有液晶屏用来显示设备的切换状态和输入、输出信息。
显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本实用新型的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之列。
Claims (5)
1.一种基于PCI-E总线的信号切换设备，其特征在于：包括若干输入板(In1，…，Inx)、若干输出板(Out1，…，Outx)、超高速数据交换背板(103)、主控板(102)、控制面板(101)，输入板(In1，…，Inx)、输出板(Out1，…，Outx)、以及主控板(102)都插接在超高速数据交换背板(103)上的插槽中，输入板(In1，…，Inx)输入各种信号之后转成统一的数字信号，在主控板(102)的控制下通过超高速数据交换背板(103)传输给输出板(Out1，…，Outx)，然后由输出板(Out1，…，Outx)输出给接收设备，所述主控板(102)用于接收来至控制面板(101)和控制软件的命令控制超高速数据交换背板(103)进行数据切换，主控板(102)同时存储了当前的切换状态和输入、输出端口类型和数量信息。
2.根据权利要求1所述的一种基于PCI-E总线的信号切换设备，其特征在于：所述输入板(In1，…，Inx)包括信号输入接口DVI的输入板、信号输入接口VGA的输入板、信号输入接口CVBS的输入板，上述输入板(In1，…，Inx)都采用统一的PCI-E x4型号的插槽。
3.根据权利要求1所述的一种基于PCI-E总线的信号切换设备，其特征在于：所述输出板(Out1，…，Outx)包括信号输出接口DVI的输出板、信号输出接口VGA的输出板、信号输出接口CVBS I的输出板，上述输出板(Out1，…，Outx)都采用统一的PCI-E x4型号的插槽。
4.根据权利要求1所述的一种基于PCI-E总线的信号切换设备，其特征在于：所述超高速数据交换背板(103)包括若干个PCI-E的插槽、两颗PCI-E总线切换芯片(P_SW_1、P_SW_2)，其中，PCI-E的插槽包括第一插槽(Slot00)、第二插槽(Slot01～Slot09)、第三插槽(Slot10～Slot16)，第一插槽(Slot00)专门用于插接主控板(102)，第二插槽(Slot01～Slot09)用于插接输入板，第三插槽(Slot10～Slot16)用于插接输出板，所述若干个PCI-E插槽中的数据线都连接到PCI-E总线切换芯片(P_SW_1、P_SW_2)相应的数据交换接口上，两 颗PCI-E总线切换芯片(P_SW_1、P_SW_2)将数据给上述各个PCI-E插槽上独立进行传输。
5.根据权利要求1所述的一种基于PCI-E总线的信号切换设备，其特征在于：所述控制面板(101)上有按键、液晶屏，按键用于控制信号的切换，液晶屏用于显示设备的切换状态和输入、输出信息。
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