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實現(xiàn)主機和外設(shè)的協(xié)議轉(zhuǎn)換,玩轉(zhuǎn)視頻采集卡硬件設(shè)計的PCIE總線

發(fā)布時間:2016-02-29 責(zé)任編輯:susan

【導(dǎo)讀】目前嵌入式系統(tǒng)中元器件互連有許多方法,但高速總線主要還是RapidIO、以太網(wǎng)以及PCIE。其中PCIE總線以其高帶寬,高可靠性以及高穩(wěn)定性而得到廣泛應(yīng)用。這里主要討論PCIE總線在視頻采集卡上的應(yīng)用,其實視頻采集卡也是HBA的一種,也是實現(xiàn)主機和外設(shè)之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換。
 
視頻采集卡是將模擬攝像機,錄像機,電視機等輸出的視頻數(shù)據(jù)輸入電腦,轉(zhuǎn)換成電腦可以識別的數(shù)字數(shù)據(jù),存儲以及編輯處理。按照用途可以分為廣播級,專業(yè)級和民用級視頻采集卡。按物理通道可以分為單通道,雙通道,4通道以及八通道視頻采集卡。視頻采集卡硬件框圖如下圖。
 
圖一:視頻采集卡硬件架構(gòu)
 
四通道HDMI視頻采集卡如圖二:
 
圖二:HDMI視頻采集卡
 
圖一是目前視頻采集卡非常主流的硬件架構(gòu),Vedio Engine包括視頻編解碼器和FPGA,協(xié)議以及算法都由FPGA來實現(xiàn),后面通過FPGA的Serdes接口送出到電腦,采用X4 PCIE2.0總線協(xié)議。世強市場經(jīng)理表示:PCIE總線發(fā)展到現(xiàn)在經(jīng)歷了3代,分別是GEN1 2.5GT/S, GEN2 5GT/S, GEN3 8GT/S,如果設(shè)置成X4,GEN2就可以滿足20GT/S的帶寬,基本可以滿足目前主流高清帶寬需求,所以主流的視頻采集卡都采用PCIE2.0。
 
如果是四通道視頻采集卡,視頻編解碼器當(dāng)然是四路,但FPGA將會有多種方案,如1個FPGA,2個FGPA或4個FPGA方案,2個FGPA方案使用率 很低,性價比無任何優(yōu)勢。采用1個FPGA方案,F(xiàn)PGA就需要4條Serdes,目前FPGA在集成多個Serdes核方案的器件價格昂貴,不光是 Serdes核的增加,IO資源也會相應(yīng)增加,但視頻采集卡由于成本壓力,不可能采用這么高端的FPGA,所以采用另一種方案比較多,也是目前主流方案, 具體如圖三:
 
圖三:四通道視頻采集卡硬件架構(gòu)
 
圖三方案中加上了PLX PCIE Switch,有哪些優(yōu)勢:
 
• PLX高兼容性可以滿足所有客戶需求,客戶如果使用FPGA開發(fā),會存在一個風(fēng)險就是不同處理器的兼容性問題,使用PLX Switch方案后,完全不用考慮這樣的風(fēng)險。
• 使用PLX Switch,同樣可以實現(xiàn)FPGA之間數(shù)據(jù)交互,而不需要經(jīng)過CPU,減少延遲,提高整體性能。
• 可以大大減少成本。
• PLX Switch在視頻采集卡上工作在透明橋模式,不需要任何驅(qū)動。
• 加入PCIE Switch后,可以解決FPGA的邏輯代碼移植問題。2通道,4通道以及8通道,如果采用圖二方案,這個時候邏輯代碼會有大的改動,工作量增大,如果采 用圖三方案,將不存在該問題,不管是高端還低端采集卡,F(xiàn)PGA每一路的邏輯代碼都完全一致,增加一路只需要在Switch選擇上有差異,而軟件無任何差 異,可移植性高,減少開發(fā)難度,加速板卡上市時間。
 
針對圖三中主流的四通道架構(gòu),PLX Switch可以選擇PEX8608,客戶如果有更多通道需求,如八通道,建議選擇PEX8618,但具體要根據(jù)客戶數(shù)據(jù)量來決定,系統(tǒng)架構(gòu)完全一致,對項目來說,只需要更換PCIE Switch就可以滿足不同應(yīng)用需求,軟件方面無需改動,加速上市時間,搶占市場。
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