高速高清視頻圖像采集卡總線結(jié)構(gòu)簡介
系統(tǒng)總線在微型計算機(jī)中的地位，如同人的神經(jīng)中樞系統(tǒng)，CPU通過系統(tǒng)總線對存儲器的內(nèi)容進(jìn)行讀寫，同樣通過總線，實現(xiàn)將CPU內(nèi)數(shù)據(jù)寫入外設(shè)，或由外設(shè)讀入CPU。PCI(peripheral component interconnect)總線是當(dāng)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(dá)132MB/s，可同時支持多組外圍設(shè)備。總線被譽為是計算機(jī)系統(tǒng)的神經(jīng)中樞
圖像采集卡(Image Grabber)是將攝像機(jī)的圖像視頻信號以幀為單位，送到計算機(jī)的內(nèi)存和VGA幀存，供計算機(jī)處理、存儲、顯示和傳輸?shù)仁褂玫脑O(shè)備。
高清VGA圖像采集卡采用PCI-E插槽的最大的優(yōu)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(kuò)展卡可以低帶寬模式正常運行
在機(jī)器視覺系統(tǒng)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(jié)構(gòu)：
1、PCI-32=32bits，33MHZ
其最高理論速度為132 Mbytes/S，已在市場上出現(xiàn)十余年，是一個成熟、有效的總線結(jié)構(gòu)，至今仍應(yīng)用于通用的PC機(jī)內(nèi)，在很多機(jī)器視覺領(lǐng)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(fù)。
PCI是一種基于標(biāo)準(zhǔn)PCI總線的小巧而堅固的高Compact性能總線技術(shù)。1994年P(guān)ICMG(PCI工業(yè)計算機(jī)制造商聯(lián)盟PCI技術(shù)，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(biāo)準(zhǔn)完全兼容。卡安裝在支架上，并使用標(biāo)準(zhǔn)的Eurocard外型。PXI總線即外圍部件互聯(lián)總線.是一種高性能的32位/64位地址數(shù)據(jù)復(fù)用的局部總線。32位模式下可實現(xiàn)高達(dá)132MB/s的傳輸速率。
PCI高速vga圖像采集卡的硬件結(jié)構(gòu)本采集系統(tǒng)要求完成紅外圖像串行數(shù)據(jù)的實時采集，串行數(shù)據(jù)以LVDS的差分方式輸入圖像信息量為：25Mb/s。然后進(jìn)提FPGA經(jīng)過串并轉(zhuǎn)換后存入FIFO中，對于高速海量的數(shù)據(jù)傳輸，一般需要將數(shù)據(jù)進(jìn)行本地緩存，然后再傳給上位機(jī)完成數(shù)據(jù)的存儲和分析，因此選擇兆級的大容量FIFO作為本地數(shù)據(jù)緩存.使得外部傳輸與PCI總線傳輸速度匹配，防止數(shù)據(jù)丟失。PCI總線協(xié)議比較復(fù)雜，出于開發(fā)效率的考慮，選用PCI接El芯片來處理復(fù)雜的協(xié)議。
2、PCI-X：
PCI-X總線由康柏、惠普和IBM等三家服務(wù)器廠商于九十年代末共同發(fā)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(fā)布PCI-X 1.0版標(biāo)準(zhǔn)，PCI-X宣告誕生。
PCI-X是在PCI-32的基礎(chǔ)上擴(kuò)展起來的，數(shù)據(jù)寬度從32位擴(kuò)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(gòu)，但將工作頻率提升到133MHz，由此獲得高達(dá)1.06GBps的總帶寬。
用擴(kuò)大數(shù)據(jù)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(wù)器中使用。
PCI-X的另一個重要優(yōu)點在于，它可以完全兼容之前的64位PCI擴(kuò)展設(shè)備，相對于64位PCI總線，PCI-X的提升相當(dāng)明顯，在它的幫助下，服務(wù)器內(nèi)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)是一種共享式結(jié)構(gòu)，當(dāng)總線上的設(shè)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)，采用串行和打包數(shù)據(jù)的方式傳送數(shù)據(jù)，PCI-E是可以剪裁的，一個通道可以達(dá)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(shù)據(jù)傳送。PCI-E是2002年發(fā)布的，現(xiàn)在已經(jīng)在PC主機(jī)板上大量出現(xiàn)，據(jù)估計，PCI-E將成為PC機(jī)的主流總線結(jié)構(gòu)，PCI-E圖像采集卡也將得到大量的普及應(yīng)用。
由于工作頻率高達(dá)2.5GHz，最基本的PCI Express總線可提供的單向帶寬便達(dá)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(dá)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(shù)據(jù)帶寬。依此類推，PCI Express ×4、×8和×16模式的有效數(shù)據(jù)傳輸速率分別達(dá)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(chǎn)品。既PCI-E 4X的設(shè)備可以插在PCI-E 8X或16X上進(jìn)行工作。(較短的PCI-E卡可以插入較長的PCI-E插槽中使用) 。
規(guī)格位數(shù)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(guī)范提高了一倍，X32端口的雙向速率高達(dá)320Gbps。PCI Express 采用的是每次 1 位的串行傳輸方式，其最高數(shù)據(jù)傳輸速度為 8Gbit / s ，最大電纜長度 3m。
隨著計算機(jī)和通信技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，新一代的I/O接口大量涌現(xiàn)，使得PCI總線的帶寬已經(jīng)無力應(yīng)付計算系統(tǒng)內(nèi)部大量高帶寬并行讀寫的要求，PCI總線也成為系統(tǒng)性能提升的瓶頸，于是就出現(xiàn)了PCI Express總線。 PCI Express采用的也是目前業(yè)內(nèi)流行這種點對點串行連接，PCI總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是一種共享式結(jié)構(gòu)，當(dāng)總線上的設(shè)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)，采用串行和打包數(shù)據(jù)的方式傳送數(shù)據(jù)，相對于傳統(tǒng)PCI總線在單一時間周期內(nèi)只能實現(xiàn)單向傳輸，PCI Express的雙單工連接能提供更高的傳輸速率和質(zhì)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(dá)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(shù)據(jù)傳送。目前，PCI-E將成為PC機(jī)的主流總線結(jié)構(gòu)，PCI-E圖像采集卡也將得到大量的普及應(yīng)用。
