摘 要：CCD相機的數(shù)據(jù)采集是設(shè)計實時高分辨率CCD攝像機的瓶頸，1394協(xié)議具有高的傳輸速率，同時在其基礎(chǔ)上發(fā)展而來的1394b協(xié)議，最高的傳輸速率可以達到32 Gb/s。設(shè)計基于1394傳輸協(xié)議的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有高的傳輸速率，可以有效地解決該瓶頸，同時為設(shè)計1394b傳輸系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。介紹該采集系統(tǒng)的框架圖、MCU軟件設(shè)計流程以及WDM驅(qū)動開發(fā)等。經(jīng)測試，系統(tǒng)工作穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：等時傳輸；異步傳輸；TSB12LV32；WDM驅(qū)動模型；Driverworks

Design of High Speed CCD Data Acquisition System

LIU Shuang1，WANG Hao1，LONG Zaichuan2，GUO Qiang1

(1School of Optoelectronic Information，University of Electronic Science and Technology of China，Chengdu，610054，China;

[JZ]2Chongqing Opto[CD2]electronics Research Institute，Chongqing，400060，China)

Abstract：The data acquisition is the bottleneck in the design of the real[CD2]time and high speed CCD cameraHigh transmission speed is defined in 1394 protocol，and 32 Gb/s is defined in 1394b protocol which comes from 1394 protocolThe system in acquisition based on 1394 is designed in this paper and the system which lays a foundation for the system in acquisition based on 1394b has high speedThe Framework of this system，the flow chart of MCU and development of WDM is given in the paperThe experiment shows that the system is steady

Keywords：isochronous transaction;asynchronous transaction;TSB12LV32;WDM drive model;Driverworks

1 引 言

隨著數(shù)字技術(shù)的進步與發(fā)展，對于數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咚俾市院蜁r實性提出了很高的要求，IEEE1394協(xié)議的出現(xiàn)，很好地解決了該問題。IEEE1394又名FireWire，是一種高速串行總線，已經(jīng)發(fā)展了IEEE1394b提供最高達32 Gb/s的速率，并將傳輸距離擴展到100 m。由此可以斷定1394必然成為未來的“標準”串行總線。

IEEE1394支持2類事務(wù)：等時傳輸和異步傳輸。

異步傳輸(asynchronous transactions)保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性，但是不保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r實性，主要用來傳輸控制信息和一些對數(shù)據(jù)的正確性要求很高的數(shù)據(jù)。一個異步傳輸由4部分組成：請求數(shù)據(jù)包、請求確認數(shù)據(jù)包、響應(yīng)數(shù)據(jù)包和響應(yīng)確認數(shù)據(jù)包。確認數(shù)據(jù)包是和請求數(shù)據(jù)包、響應(yīng)數(shù)據(jù)包同步的，當請求數(shù)據(jù)包和響應(yīng)數(shù)據(jù)包發(fā)送之后立即就是確認數(shù)據(jù)包。

異步傳輸不占據(jù)固定的帶寬，但能保證節(jié)點獲得時間上的公平訪問，每一個執(zhí)行異步傳輸?shù)墓?jié)點都能在單一的間隔內(nèi)準確地訪問總線。

等時傳輸(isochronous transactions)對于數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r實性要求很高，而對于數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性要求相對較低。等時傳輸通過一個與等時傳輸關(guān)聯(lián)的信道號碼確定設(shè)備，其以固定的時間間隔(125 μs)發(fā)送數(shù)據(jù)，所以必須分配固定的總線帶寬，有著高于異步傳輸?shù)膬?yōu)先級，等時傳輸可用的最大帶寬是整個帶寬的80%。

根據(jù)協(xié)議的結(jié)構(gòu)可以將1394協(xié)議分成事務(wù)層、鏈路層、物理層、總線管理層。鏈路層和物理層目前已經(jīng)由硬件芯片實現(xiàn)。本設(shè)計主要針對芯片的應(yīng)用，因此對協(xié)議本身不做太多介紹和研究。

2 采集系統(tǒng)硬件設(shè)計

根據(jù)硬件的特點，設(shè)計了基于TI芯片組和FPGA的CCD相機采集系統(tǒng)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

FPGA選用Altera公司的Cyclone系列器件EP1C6T144C8，可以為CCD相機提供工作所需的驅(qū)動時序，同時接收經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換的CCD輸出圖像數(shù)據(jù)。

這里主要介紹1394接口的數(shù)據(jù)采集，F(xiàn)PGA內(nèi)部的CCD驅(qū)動邏輯暫時不介紹。本設(shè)計用于大量的數(shù)據(jù)的傳輸，因此使用TSB12LV32的DM端口來輸入和輸出數(shù)據(jù)。FPGA與TSB12LV32的DM端口的邏輯電路如圖2所示。

FPGA內(nèi)部采用異步FIFO解決CCD輸出數(shù)據(jù)頻率和TSB12LV32采集頻率不匹配的問題，寫時鐘由CCD輸出位同步信號提供，寫請求信號由FIFO的滿狀態(tài)共同控制； 讀時鐘由TSB12LV32的DMCLK提供，讀請求信號由DMRW。當TSB12LV32開始傳輸數(shù)據(jù)時，在FIFO的滿狀態(tài)和TSB12LV32的DMDONE引腳控制下，由CCD輸出位同步信號將數(shù)據(jù)寫入FIFO；在DMWR的控制下，由DMCLK將FIFO中的數(shù)據(jù)由DM0~DM7引腳讀入TSB12LV32，連接如圖2所示。

21 MCU軟件設(shè)計

軟件的設(shè)計分為2部分：一個是在PC機上開發(fā)設(shè)備板的驅(qū)動程序；另一個是使用設(shè)備板上面使用MCU控制和配置PDI1394L40的軟件流程。單片的主要負責初始化各個CRF，設(shè)置TSB12LV32的工作模式，配置ROM發(fā)送ROM，分析包頭，構(gòu)造包頭和數(shù)據(jù)包。配置ROM是設(shè)計的重點也是難點，將設(shè)備插入PC的1394端口，通過配置ROM，使得PC機識得設(shè)備。配置ROM的流程如圖3所示。

3 驅(qū)動開發(fā)

采用Numega公司的DriverWorks工具開發(fā)驅(qū)動，該軟件對DDK中的函數(shù)進行很好的封裝。使用DriverWizard可以直接生成驅(qū)動程序源代碼的框架，只需對其做修改即可。

由于Windows已經(jīng)提供了總線驅(qū)動程序和端口驅(qū)動程序，因此只需要開發(fā)功能驅(qū)動程序即可。DriverWorks將DDK下的1394請求包（IRB）封裝成KIrb類，并將總線驅(qū)動程序的功能封裝在K1394LowerDevice類中，對于等時傳輸和異步傳輸也有相應(yīng)的類對其相應(yīng)的DDK進行封裝。

1394WDM驅(qū)動程序使用IRB（請求包）和總線進行通信，IRB被發(fā)送到總線驅(qū)動，總線驅(qū)動將IRB在總線上執(zhí)行。DriverWorks使用KIrb類迅速創(chuàng)建一個IRB，同時使用K1394LowerDevice::SubmitIrb函數(shù)將IRB發(fā)送到總線驅(qū)動。

4 結(jié) 語

經(jīng)測試，該系統(tǒng)實現(xiàn)IEEE1394a的傳輸協(xié)議，實現(xiàn)了異步和同步傳輸。IEEE已經(jīng)推出1394b標準，1394b的最高速度可以達到32 Gb/s，有效傳輸距離延長到100 m，而且有些公司已經(jīng)開始推出1394b控制芯片。該系統(tǒng)不但實現(xiàn)了設(shè)備端與PC主機之間數(shù)據(jù)的高速傳輸，同時還為1394b傳輸系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)提供了有效的鋪墊。

參 考 文 獻

［1］胡云對IEEE1394總線技術(shù)的研究\\[J\\]科學技術(shù)與工程，2007，7（3）：299[CD2]302

［2］張尚啟基于IEEE[CD2]1394接口的實時圖像采集系統(tǒng)的研究[LL]\\[D\\]合肥：合肥工業(yè)大學，2006

［3］黃香用于紅外圖像傳輸?shù)?394接口的技術(shù)研究\\[D\\]南京：南京理工大學，2005

［4］胡大裟IEEE1394串行總線協(xié)議的研究與應(yīng)用實現(xiàn)\\[D\\]成都：四川大學，2005

［5］劉義先基于IEEE1394總線的圖像采集處理系統(tǒng)實現(xiàn)\\[J\\]控制工程，2006，5（13）：110[CD2]115

［6］廖偉平基于1394的高速圖像傳輸接口的設(shè)計與實現(xiàn)\\[J\\]計算機測量與控制，2006，14（6）：823[CD2]824

［7］武安河Windows 2000XP WDM 設(shè)備驅(qū)動程序開發(fā)\\[M\\]北京：電子工業(yè)出版社，2003

［8］王寶濤，亓天軍，諸建平線陣CCD數(shù)據(jù)采集與存儲\\[J\\]現(xiàn)代電子技術(shù)，2007，30（5）：169[CD2]171，174