基于LVDS技术的实时 像测试装置的设计

摘 要： 针对弹载图像采集设备与地面测试台之间大量实时图像数据高速传输的问题，提出了采用LVDS技术与FPGA相结合的解决方案，详细介绍了实时图像数据传输部分的硬件组成及工作原理。实验结果表明,该方案的数据传输速度达到20 MB/s，很好地满足了实时图像数据发送和接收的速度要求。

目前在一些弹载设备中，由于采集的实时图像数据量很大，因此在其与地面测试台进行数据传输时需要很高的传输速率。传统的图像数据传输方法存在很大的局限性。比如，物理层接口无法满足数据的传输速度；由于传输通道的增多引起传输导线数量的增加导致系统功耗、噪声也随之增大等。低电压差分信号传输技术(LVDS)为解决这一问题提供了可能。

1 LVDS技术简介

LVDS技术的核心是采用极低的电压摆幅高速差动传输数据，可以实现点对点或一点对多点的连接，具有低功耗、低误码率、低串扰和低辐射等特点，其传输介质可以是铜质的PCB连线，也可以是平衡电缆。LVDS在对信号完整性、低抖动及共模特性要求较高的系统中得到了越来越广泛的应用[1]。

图1为LVDS器件单工通信基本原理框图。它由一个驱动器、差分互连单元和一个接收器组成。驱动器和接收器主要完成信号电平和传输方式转换，它不依赖于特定的供电电压，很容易迁移到低压供电的系统中去，而性能不变。互连单元包含电缆、PCB上差分导线对以及匹配电阻。

2 系统总体方案设计

系统采用USB接口电路实现计算机与FPGA的数据传输，以LVDS串行器与解串器构建实时图像的发送与接收电路。系统的原理框图如图2所示。

系统的工作原理为：计算机将控制命令及实时图像数据经由USB接口发送给FPGA，FPGA将实时图像数据部分存储到高速SRAM，然后根据控制命令将SRAM中数据传送给LVDS串行器；另外，FPGA还需将回读的实时图像数据以20 MB/s的速度经由USB接口发送给计算机进行处理。

3 系统结构组成及其实现

3.1 USB接口实现

本系统所使用的USB单片机选用Cypress公司开发的EZ-USB FX2芯片CY7C68013。该芯片集成了51单片机内核、USB2.0收发器、串行接口引擎(SIE)、4 KBFIFO存储器以及通用可编程接口等模块，这些模块则保证了CY7C68013可与外围器件实现无缝的、高速的数据传输[2]。用户在使用该单片机与外围设备进行数据传输时，只需直接利用GPIF接口来实现与外围设备之间的逻辑连接，就可以进行高速数据的传输。CY7C68013的GPIF接口有16位数据线，6个RDY信号和6个CTL信号。其中RDY信号为等待信号，GPIF可连续采样RDY信号。通常用来等待指定信号的某个状态出现，以确定GPIF下一步动作。CTL信号为控制输出信号。通常用作选通信号、非总线输出信号以及产生简单的脉冲信号[3]。 CY7C68013在高速模式下,发送数据的码率可达到480 Mb/s，因此可将20 MB/s的实时图像数据实时地传送给计算机[2]。

本系统的USB传输部分主要实现将计算机发出的控制命令及实时图像数据发送给FPGA，并将回读的实时图像数据发送给计算机。计算机发送的命令信号通过CY7C68013的PE端口传送给FPGA，实时图像数据通过CY7C68013的GPIF接口发送给FPGA或上传给计算机。由于USB与FPGA的传输速度不一致，所以还应在FPGA中设置两个软FIFO，分别用于图像数据的上传与下发。

作者：崔中华　熊继军　沈三民 来源：电子工程世界