CAMERALINK硬件接口电路设计

1、维普资讯 n ttp:/第箔卷第&期应用科技2008 年 10 月Applied Sewntie and TpchncJogyVol 35, S). JO52008文章编号 J009 - 671X(2008)10-0057 -04Camera Link硬件接口电路设计朱齐丹，刘进业，康岭(冷尔疾工程盒学自动优学院*黑龙江略尔淇150001)摘 墓:介绍了 Camera l.ink接口的工作原理及Camera Unk协议的主要内容”附述了 Camera Unk硬件接口电 路的设计方案我口电路为圉像采集卡的前端部分主藍功能为低压差分信号(I.VDS)至fMOS/TTL(L¥CMO

2、S/ LV1T(J信号的转换，相机控制和图像采集卡与相机间的串行通信,系统以FPGA为主控制器+通过实验实现了 上述功能，完成了 Camera I5nk接口相机图像的采集和显示.关聊词Unk；LVDS；CMOSZrn,;电平转换中图井类号.TP2M.3文St标识码川The design of hardware circuit for Camera Link interfaceZHU Qi-dantLIU Jin-ye, KANG Ling(College of AutOfnarioflt Harbin Engineering Uni vers ily r Haibin 150001T Chin

3、a)Abstract： The principle of Camera Link interface and the prutocol of Camera Link were introduced. The design j- dea of Camera Link interface circuit was presented. "Hi已 interface circuit is the front part of image acquisition carti t which makes a aignl iran$fonnatian frorn LVDS to CMOS/ JTl.

4、 and the serial communication between camera and image acquisition system. FPGA was tuken as the main controller in the syslem. Those functioriB were finally realized in Lhe experimenl f CDinpleting Lhe arquisiHon and display of images via the Camera Link interface. Keywords:Camera Link； LVDSj CMOS/

5、TTLj elccirical kvcl transformationCamera Link是-亠种基于视频应用发展而来的 通信接口是在Channel Link技术基础上发展出来 的W.过去，在科学和工业观频市场缺少一种标准 的通信方式相机制造商和图像采集卡制造商使用 不同的连接器发展他们的产品，这使得线缆很难整 合生产，世给用户带来了很多麻烦.同时，随着数据 传输速率和复杂性的不断提离，原有的通信方式已 无法满足需求，对一种通用的传输标准的盂求就变 得非常重要了 +因此,Nl(WnimentB)、摄像头供应商和其他图像采集公司在2000年10月联合 推出了 Camera Link协陷旨在简化

6、摄像头和采集 卡之间的连接Camera Jnk可为髙速、商精度的数 字摄像头提供简单、灵活的连接.Camera Link协议 是各公司间达成的一种协议，它不是一种行业标准.1 Camera Link 简介Camera Link协议是各公司间为简化图像采集 的接口.方便高速数字相机和图像采集卡的连接而 达成的一种协议Caniera Link是N1公司基于Channel Link技术发展而来的*而Channel Link是一种用 来伎输视频数据的新技术+ Channel Link以L¥D$规 范为基础作为平面显示等相关性产品的解决方案, 后来，这种技术也被延伸用于资料传输.Channel

7、 Link的核心组成元件包括个并转串驱动器和一 个串转并接收器駆动器将羽位CMOS/TTL信号 収7:1方式串行化为4条LVDS数据流一个锁相 环传输时钟通过第5条LVDS継路与其他LVDS数 据流并行传输接收器接收4路LVDS数据信号和1 路LVDS时钟信号将数据流转换回28位的CMOS/ltJt«0ffi;2OO8J2O4.作者蔺介朱齐丹门弼3 -，列t救攪”博七生导师.主更研吨方向；机器人控制技术.摸式说别与習能捽一刪技术出-mailrzhuqRian® hrheu. edu. esn-维普http:/www.cqvip.CQm维普http:/www.cqvip.CQ

8、m应 用 科 技第35卷维普http:/www.cqvip.CQmTIL井行数据.5对线缆口I以传输28位数据信号' 减少线缆的使用数肚也意昧着可以使用较小的 连接器.Channel Link最商传输速率町达2. 3SGjits/s, 图1为Channel Link匸作原理图*图丨Channel【.ink爪意图I * 1 Camera link 协议Camera Link协议包含以下几个方面的内容: 信号分类端口分配.位分配连接器.L 1. 1 怙号分凳I'amcra Link信号分为4类山:1) 图像数据信号：图像信号分为24位数据信 号和4位数据右域信窃数据有效信号为FVA

9、L. LVAL J)VAL和Spare,分别是帧允许、行允许、数据 允许和歸留信号.2) 相机控制信号；ft Caxnera Ijnk接口中有4 条LVDS线对用来实现相机的控制，分別为Camera ConlroH ( CO )、Camera Controls( CC2) Canieni Can- irol3(CC3) Camera ConLn)l4(CC4),相机制造商可 以自由定义各控制倍号的功能以満足他们的特殊产 品表1给出了適常相机制逍商对控制信号的定义表I相机控制信号定兌佶号名称縮爭格式定丈(merui(XIKXSYMC(外部同涉信号)Qmtrol 1下降沿触发幵始读取数据口加畑CC

10、2PRW(像素重SJ低电平有效Cnnfrti|2Caniipra(X3F0HWAKD 电平右效.低电1平反转Crnnt'rjCC4CnnlroU3)并步串行通信信号；相机接口中有两对ZL)弓缶号用于相机和图像采集卡之间的并步串行 通信,分别是S«rTFG(相机屮行输出端至图像采集 卡中行输入端)fSerTC图像采集卡串行输出端至 招机穿行输人端).4)电源信号:Camera Unk连接器不提供电源* 而是通过单独的电缆提供-Camera Link协议允许相 机制造商自由定义电源连接器和相机的工作电流和 电压.1+12 端口分配一个躺口定义为一牛圧位的字-Camera Link

11、标准使用8个端口，即端口 A至端口 H.表2 3种配置的端口分配畧称支持端口芯片数址连接器数就B;istrA,B,CI1MediumAtB,CJEtF22FullA*B,C,D.E,F.GJH 31Camera Link接口有3种结构：初级配置 (Raw)、中级配置(Medium)和高级配置(Full), 3种 结构所使用的端口、连接辭和Channel Link芯片数 量各不相同表2给出了 3种配置的端口分配、芯片 及连接番的使用数量悄况.1.1位分能每个Camera Link驱动器都有从TX0至TX27的 2呂个数搦位输入引脚川I应的接收器有从RX0至 RX27的器个数据输出位引脚.Came

12、ra Link协议端 口位分配中定文了图像数据位餐怎样分配到端口的. 3种结构的端口详细位分配方式可参见文献I. L L4 连接器3M公司的26-pn MDR连接器因为其优弼的设 计和先前用于Channel Lwk高速传输的成功经验而 被选做Camera Link接口的理接器.Camera Unk协 议规定了连接器及连接电缆的引脚分配，详细的引 脚分配可参见文献口】.2 Camera Link接口电路设计方案Camera Link采用IA l)S信号传輸数据.根据 Camera Hnk标准及哽件接口电路要实现的功能： LVDS信号至CMOS/HLfg#的转换；相机的控制； 图像釆集卡与相机间的

13、异步串行通信'采用M公祠 的 D99OCR2S8A, DS90LV031A, D990LV019 来实现 Camera Link硬件接口电路.| 维普资讯 h ttp:/| 维普资讯 h ttp:/第ID期朱齐丹等:Camera Link哽件接口电路设计2.】MDR-26 与 DS90CR28SA 的接口设计用FPGA做图像采集卡的主控制器.FPGA的支 持的1/0接口标准为LVCM0S/LV1TL,因此采用 DS9OCK288Af4接收器实现电平转换.DS90CR288A 接收器将4路LVDS数据流转换成28位COMS/ TT】数据“ 28位数据包IS：24位图像数据（RxOUTO

14、-l<xOUT23几4位图像数拯同步信号（Rx（）UT24 - RkOUT27）分别对应 Spare.LVAL.FVAL 和 DVAL 同时DS90CR288A将LV1）S时钟信号转化为单端 COMS/TTI.时钟信号输岀.2（1位数据信号和1位肘 钟信号接人FPGA完成图像的釆集在粥DS信号 设计中，需雯为1¥和弓信号进行终端匹配，以减少终 端信号的反射，确保信号的完整性，提高信号的传输 质址因此，在接收器的差分线对间跨接一个100 n 的电阻+系统也需要此绻端电路来产牛.正常工作的 差分电压图2为MDR-26与）S9OCR2S8A接口方 案图.2.2 MDR-26 与 DS

15、90LV031A 的接口设计DS9OLVO3IA实现相机的控制,Canw：ra Unk接口的柑机有4路控制信号*分别是CCt ;CC2 .CC3和CC4t 他们也是LVDS信号,因此需要通过DS90LV031A将采 集卡塩出的COMS/TTL控制信号转化为LVDS信号.FPGA发送控制命令.完成对相机的控制.MDR-26与DS90LV031A的接口设计方案如图3所示*RxINORkINGRxIN-RxlNl +RxlN2-RxLN2+RxlN3-RxlN3 +RxCiN +DS90f R288A图2 MDR-26与DS00CR2SS A接口示意图UHnph- ULEUUUU-S 0000800

16、000000008 KXXXXXXXXXXXXXXXAX RRRRkRRnRR足RR.irrRxt N-LiTCCNli* wFPGAFPGADcut-Dini DoutH Din2Dout2-Din3 Dout2+Din4Dom3-EN Dout3+EN* Dout4-DouL4 卄DS90LVOICCl *C2-CC2+CC3-CC3+*CC4-MDR-25图3 MDR-26与翊MY031A接口示意圏2.3 MDR -26 与 DS90LV019 的接口设计DSWLV019实现图像采集卡与相机间的串行通 信 串行信号分别为SerTFG和可：在相机中，这2 个信号也为LVDS信号,因此需要在

17、相机和图像采集 卡之间架H片收发器选择国家半畀体公司的 PS90LVOt9,它与MDR-26之间的接口设计如图4所示.團为Camera Link硬件接口电路的原理图.DmDO+RoutDO"DERI +/REnr-S«TCScrTC-ScrTFG<SerTFG图4 MDR-26与DS90LV019接口示意图4£mn!i=»购图5 Camera Link接口电路原理图3图像采集程序设计本设计使用IMPEKX公司的IPXM15-L摄像 头,此摄像头町以输出分辨率为2 048 x 2 043的黑白 图像叫側15支持2种输岀模式，单通道模式时可以 15帧兀

18、的遼度输出分辨率为2 04x2 048的整帧图 像.双通道摸式时一帧图像被分割成左右两半，各为 1024x2048.图像数据由2个端口同时输出再在图| 维普资讯 h ttp:/用 用 科 技| 维普资讯 h ttp:/VAL像系统中将2部分进行合成.相机默认的输岀模式为 双通道模式.収通道模式吋相机输出信号时序图见图6和7,1 Seirpty 2Kdari; 4buter 204XaciieLpbcclsj,pj.xdsjpjcb± pixelsjI 5()0?isl VOOnsH 60n32580Sns 1厂一鲁一L图右就通道模式时序圏1*(7取通道模式F* Al”时库图数据有效信

19、号(DVAL)的时序图没右给出.但 根据DVAL的定义(当输出图像数据时DVAL为 高)可知川VAL对数据采集役有影响.根抿双通道模式下LVzXL.FVAL的时序图，设 汁了系统的程序，软件就程图如图8所示.示器的分辨率为1 2甜X I血4.所以在实际应用中 将图像在垂直方向进行了压缩，在水平方向上保持 不变，冈而图像显的扁乎.图9图橡采集显示效皋图4 结束语以上对Camera J.ink协仪做了简要介绍.并设 计了 Camera Link硬件接口电路，以此电路实现了 对Camera Unk接口相机的图像采集.系统W AL- TERA公司Cyclone系列EP1C12Q24OC8芯片作为 左控制器，充分利用了 FPGA功能强大，设计灵活， 工作速度快，设计周期短的优点-通过实际测试，采 用以上接口设计虫现了 Camera Link接口相机与图 像采集卡之间