實(shí)現(xiàn)主機(jī)和外設(shè)的協(xié)議轉(zhuǎn)換,玩轉(zhuǎn)視頻采集卡硬件設(shè)計(jì)的PCIE總線
發(fā)布時(shí)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P(yáng)CIE總線在視頻采集卡上的應(yīng)用,其實(shí)視頻采集卡也是HBA的一種,也是實(shí)現(xiàn)主機(jī)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(jī),錄像機(jī),電視機(jī)等輸出的視頻數(shù)據(jù)輸入電腦,轉(zhuǎn)換成電腦可以識(shí)別的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù),存儲(chǔ)以及編輯處理。按照用途可以分為廣播級(jí),專業(yè)級(jí)和民用級(jí)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(lái)實(shí)現(xiàn),后面通過(guò)FPGA的Serdes接口送出到電腦,采用X4 PCIE2.0總線協(xié)議。世強(qiáng)市場(chǎng)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(huì)有多種方案,如1個(gè)FPGA,2個(gè)FGPA或4個(gè)FPGA方案,2個(gè)FGPA方案使用率 很低,性價(jià)比無(wú)任何優(yōu)勢(shì)。采用1個(gè)FPGA方案,F(xiàn)PGA就需要4條Serdes,目前FPGA在集成多個(gè)Serdes核方案的器件價(jià)格昂貴,不光是 Serdes核的增加,IO資源也會(huì)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(shì):
• PLX高兼容性可以滿足所有客戶需求,客戶如果使用FPGA開(kāi)發(fā),會(huì)存在一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)就是不同處理器的兼容性問(wèn)題,使用PLX Switch方案后,完全不用考慮這樣的風(fēng)險(xiǎn)。
• 使用PLX Switch,同樣可以實(shí)現(xiàn)FPGA之間數(shù)據(jù)交互,而不需要經(jīng)過(guò)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(dòng)。
• 加入PCIE Switch后,可以解決FPGA的邏輯代碼移植問(wèn)題。2通道,4通道以及8通道,如果采用圖二方案,這個(gè)時(shí)候邏輯代碼會(huì)有大的改動(dòng),工作量增大,如果采 用圖三方案,將不存在該問(wèn)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(wú)任何差 異,可移植性高,減少開(kāi)發(fā)難度,加速板卡上市時(shí)間。
針對(duì)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(lái)決定,系統(tǒng)架構(gòu)完全一致,對(duì)項(xiàng)目來(lái)說(shuō),只需要更換PCIE Switch就可以滿足不同應(yīng)用需求,軟件方面無(wú)需改動(dòng),加速上市時(shí)間,搶占市場(chǎng)。
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