基于CPCI總線架構設計的實時圖像信號處理平臺

摘要:  本文主要介紹了基于CPCI 總線設計的實時信號處理業務所需的一種專用設備平臺。

關鍵詞： CPCI BUS；平臺；實時信號處理；DSP+FPGA

系統設計

DSP+FPGA混用設計

為了提高算法效率，實時處理圖像信息，本處理系統是基于DSP+FPGA混用結構設計的。業務板以FPGA為處理核心，實現數字視頻信號的實時圖像處理，DSP實現了部分的圖像處理算法和FPGA的控制邏輯，并響應中斷，實現數據通信和存儲實時信號。

首先，本系統要求DSP可以滿足算法控制結構復雜、運算速度高、尋址靈活、通信能力強大的要求。所以，我們選擇指令周期短、數據吞吐率高、通信能力強、指令集功能完備的DSP。同時也考慮了DSP功耗和開發支持環境等要素。

由于從探測儀傳來的低層A/D信號，其差值預處理算法的數據量大，對處理速度的要求高，但運算結構簡單，選用百萬門級ＦＰＧＡ進行硬件實現。

采用DSP＋FPGA混用的硬件系統就把兩者的優點結合到一起，即兼顧了速度和靈活性，又滿足了底層信號處理和高層信號處理的要求。因此，非常適合實時信號處理系統。

系統架構設計

CompactPCI作為PCI總線的電氣、軟件和工業組裝標準，是當今最新的計算機標準之一。CompactPCI總線的高速、堅固、可靠、穩定，與PCI軟件的良好兼容性，使得它成為工控領域最流行和通用的計算機接口總線。

CPCI目前最高傳輸速度528MB/s，可用的PCI－X的最高傳輸速度可達1066MB/s。

在高速堅固，可靠穩定的技術基礎上，本系統設計了可運用客戶自有協議的CPCI背板和接口統一、高度模塊化的CPCI業務板。

綜合業務處理平臺

綜合業務處理平臺是指在單一平臺實現多路信號預處理、復雜圖像算法、圖像顯示、數據存儲、系統控制等任務。這不僅要求硬件必須具備高性能，可以進行實時處理，同時，嵌入式的應用環境還要求體積小、重量輕、功能強、可靠性高。

完整的系統由以下幾個模塊構成：箱體，電源，背板，A/D預處理板與信號處理板等。

箱體，電源和背板

箱體采用標準19英寸上架的外型尺寸。內部空間:支持2U 4槽CPCI背板;支持2個3U CPCI 電源。箱體背部雙電源輸入接口,通斷式開關(支持常開)。以便響應斷電后系統重啟的要求。

3U CPCI電源支持熱插拔；采用和系統一體的智能管理電源背板；支持AC輸入。

背板上有4個6U插槽，每個插槽有5個插座：P1，P2，P3，P4，P5。P1,P2為標準PCI,提供5V/3.3V信號環境。

系統槽P3，P3，P5定義按照系統板MIC-3369定義標準。

擴展槽:P1，P2，P3，P4，P5 采用穿透型長針,前后穿透,配護套。P1，P2這樣設計，前插板和后插板都可以根據實際需求從背板上取得供電。P3,P4,P5提供完善的信號前后路由。

此外，3個擴展槽的P3之間、P4之間、P5之間設計為PIN TO PIN連通。

這樣設計，為業務板間建立線性擴展，
上一級處理模塊與下一級模塊通信建立了物理通信端口。

A/D預處理板

考慮到系統每個業務板都要處理多路輸入，而且工程安裝設備要求便利，我們專門為模擬輸入的信號調理設計一個標準的處理模塊：尺寸為233.35mm