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高速高清視頻圖像采集卡總線結構簡介

　　系統總線在微型計算機中的地位，如同人的神經中樞系統，CPU通過系統總線對存儲器的內容進行讀寫，同樣通過總線，實現將CPU內數據寫入外設，或由外設讀入CPU。PCI(peripheral component interconnect)總線是當前最流行的總線之一，PCI總線主板插槽的體積比原ISA總線插槽還小，最大傳輸速率可達132MB/s，可同時支持多組外圍設備。總線被譽為是計算機系統的神經中樞

　　圖像采集卡(Image Grabber)是將攝像機的圖像視頻信號以幀為單位，送到計算機的內存和VGA幀存，供計算機處理、存儲、顯示和傳輸等使用的設備。

　　高清VGA圖像采集卡采用PCI-E插槽的最大的優勢是傳輸速度更大與PCI采集卡相比，采用PCI Express總線的主板仍可支持PCI插槽，各種PCI接口的擴展卡可以低帶寬模式正常運行

　　在機器視覺系統中，圖像采集卡將采集到的圖像，供處理器作出工件是否合格、運動物體的運動偏差量、缺陷所在的位置等處理。圖像采集卡主要有三種通用的總線結構：

　　1、PCI-32=32bits，33MHZ

　　其最高理論速度為132 Mbytes/S，已在市場上出現十余年，是一個成熟、有效的總線結構，至今仍應用于通用的PC機內，在很多機器視覺領域，它已能滿足需要。但是隨著圖形卡、視頻卡對傳送速度要求的提高，PCI-32總線已不堪重負。

　　PCI是一種基于標準PCI總線的小巧而堅固的高Compact性能總線技術。1994年PICMG(PCI工業計算機制造商聯盟PCI技術，它定義了更加堅固耐用的PCI版本。在出了Compact電氣、邏輯和軟件方面，它與PCI標準完全兼容。卡安裝在支架上，并使用標準的Eurocard外型。PXI總線即外圍部件互聯總線.是一種高性能的32位/64位地址數據復用的局部總線。32位模式下可實現高達132MB/s的傳輸速率。

　　PCI高速vga圖像采集卡的硬件結構本采集系統要求完成紅外圖像串行數據的實時采集，串行數據以LVDS的差分方式輸入圖像信息量為：25Mb/s。然后進提FPGA經過串并轉換后存入FIFO中，對于高速海量的數據傳輸，一般需要將數據進行本地緩存，然后再傳給上位機完成數據的存儲和分析，因此選擇兆級的大容量FIFO作為本地數據緩存.使得外部傳輸與PCI總線傳輸速度匹配，防止數據丟失。PCI總線協議比較復雜，出于開發效率的考慮，選用PCI接El芯片來處理復雜的協議。

　　2、PCI-X：

　　PCI-X總線由康柏、惠普和IBM等三家服務器廠商于九十年代末共同發起，后來提交給PCI SIG組織修訂。這項工作耗費了不短的時間，最終在2000年正式發布PCI-X 1.0版標準，PCI-X宣告誕生。

　　PCI-X是在PCI-32的基礎上擴展起來的，數據寬度從32位擴大到64位，即可將傳送速度增加一倍，如果再將主時鐘從32MHZ提高到66MHZ，甚至133MHZ，則傳送速度又可成倍地增加。

　　也就是說PCI-X并沒有脫離PC體系，它仍使用64位并行總線和共享架構，但將工作頻率提升到133MHz，由此獲得高達1.06GBps的總帶寬。

　　用擴大數據寬度和提高主時鐘的方式來增加速度帶來了很大的問題，由于這是一種并行傳送方式，又在高速下運行，所以帶來了噪音影響，而為了克服它，對PC主板的元件要求將大大提高，從而便提高了成本，所以PCI-X并未成為PC的主流總線，它只是在一些服務器中使用。

　　PCI-X的另一個重要優點在于，它可以完全兼容之前的64位PCI擴展設備，相對于64位PCI總線，PCI-X的提升相當明顯，在它的幫助下，服務器內部總線資源緊張的難題得到一定的緩解。

　　3、PCI-Express

　　PCI-Express又稱PCE-E和3GIO。PCI總線的拓撲結構是一種共享式結構，當總線上的設備增加時，將帶來管理的極大困難，而PCI-E總線是點到點的總線拓撲結構，采用串行和打包數據的方式傳送數據，PCI-E是可以剪裁的，一個通道可以達到2.5GB/S的傳送速度，二個通道則可將傳送速度加倍，還可以×4，×8，×16，×32地將通道捆綁在一起，獲得更高速的數據傳送。PCI-E是2002年發布的，現在已經在PC主機板上大量出現，據估計，PCI-E將成為PC機的主流總線結構，PCI-E圖像采集卡也將得到大量的普及應用。

　　由于工作頻率高達2.5GHz，最基本的PCI Express總線可提供的單向帶寬便達到250MBps(2.5Gbps×1 B/8bit×8b/10b=250MBps)，再考慮全雙工運作，該總線的總帶寬達到500MBps—這僅僅是最基本的PCI Express ×1模式。如果使用兩個通道捆綁的×2模式，PCI Express便可提供1GBps的有效數據帶寬。依此類推，PCI Express ×4、×8和×16模式的有效數據傳輸速率分別達到2GBps、4GBps和8GBps。這與PCI總線可憐的共享式133MBps速率形成極其鮮明的對比，更何況這些都還是每個PCI Express可獨自占用的帶寬。

　　同時PCI-E不同接口還可以向下兼容其他PCI-E小接口的的產品。既PCI-E 4X的設備可以插在PCI-E 8X或16X上進行工作。(較短的PCI-E卡可以插入較長的PCI-E插槽中使用) 。

　　規格位數頻率帶寬

　　PCI 2.332 位元33/66 MHz133/266 MB/s

　　PCI-X 1.064 位元66/100/133 MHz533/800/1066 MB/s

　　PCI-X 2.0(DDR)64 位元133 MHz2.1 GB/s

　　PCI-X 2.0(QDR)64 位元133 MHz4.2 GiB/s

　　AGP 2X64 位元66 MHz532 MB/s

　　AGP 4X64 位元66 MHz1.0 GB/s

　　AGP 8X64 位元66 MHz2.1 GB/s

　　PCI-E 1.0 1X8 位元1.25 GHz250 MB/s(雙工)

　　PCI-E 1.0 2X8 位元1.25 GHz500 MB/s(雙工)

　　PCI-E 1.0 4X8 位元1.25 GHz1.0 GB/s(雙工)

　　PCI-E 1.0 8X8 位元1.25 GHz2.0 GB/s(雙工)

　　PCI-E 1.0 16X8 位元1.25 GHz4.0 GB/s(雙工)

　　PCI-E接口還能夠支持熱拔插，不過建議PCI-E視頻采集卡不要熱插拔，PCI Express總線能夠提供極高的帶寬，比同等情況下的PCI-E 2.0規范提高了一倍，X32端口的雙向速率高達320Gbps。PCI Express 采用的是每次 1 位的串行傳輸方式，其最高數據傳輸速度為 8Gbit / s ，最大電纜長度 3m。

　　隨著計算機和通信技術的進一步發展，新一代的I/O接口大量涌現，使得PCI總線的帶寬已經無力應付計算系統內部大量高帶寬并行讀寫的要求，PCI總線也成為系統性能提升的瓶頸，于是就出現了PCI Express總線。 PCI Express采用的也是目前業內流行這種點對點串行連接，PCI總線的拓撲結構是一種共享式結構，當總線上的設備增加時，將帶來管理的極大困難，而PCI-E總線是點到點的總線拓撲結構，采用串行和打包數據的方式傳送數據，相對于傳統PCI總線在單一時間周期內只能實現單向傳輸，PCI Express的雙單工連接能提供更高的傳輸速率和質量，它們之間的差異跟半雙工和全雙工類似。PCI-E是可以剪裁的，一個通道可以達到2.5GB/S的傳送速度，二個通道則可將傳送速度加倍，還可以×4，×8，×16，×32地將通道捆綁在一起，獲得更高速的數據傳送。目前，PCI-E將成為PC機的主流總線結構，PCI-E圖像采集卡也將得到大量的普及應用。