CameraLink接口时序控制.docx
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CameraLink接口时序控制
CameraLink接口
1.CameraLink接口简介
1.1CameraLink标准概述
CameraLink技术标准是基于NationalSemiconductor公司的ChannelLink标准发展而来的，而ChannelLink标准是一种多路并行LVDS传输接口标准。
低压差分信号（LVDS）是一种低摆幅的差分信号技术，电压摆幅在350mV左右，具有扰动小，跳变速率快的特点，在无失传输介质里的理论最大传输速率在。
90年代美国国家半导体公司（NationalSemiconductor）为了找到平板显示技术的解决方案，开发了基于LVDS物理层平台的ChannelLink技术。
此技术一诞生就被进行了扩展，用来作为新的通用视频数据传输技术使用。
如图所示，ChannelLink由一个并转串信号发送驱动器和一个串转并信号接收器组成，其最高数据传输速率可达。
数据发送器含有28位的单端并行信号和1个单端时钟信号，将28位CMOS/TTL信号串行化处理后分成4路LVDS数据流，其4路串行数据流和1路发送LVDS时钟流在5路LVDS差分对中传输。
接收器接收从4路LVDS数据流和1路LVDS时钟流中把传来的数据和时钟信号恢复成28位的CMOS/TTL并行数据和与其相对应的同步时钟信号。
图cameralink接口电路
1.2CameraLink端口和端口分配
1.2.1端口分配
在基本配置模式中，端口A、B和C被分配到唯一的CameraLink驱动器/接收器对上；在中级配置模式中，端口D、E和F被分配到第二个驱动器/接收器对上；在完整配置模式中，端口A、B和C被分配到第一个驱动器/接收器对上，端口D、E和F被分配到第二个驱动器/接收器对上，端口G和H被分配到第三个驱动器/接收器对上。
表给出了三种配置的端口分配，CameraLink芯片及连接器的使用数量情况。
表3种配置模式的端口分配
配置模式
端口
芯片数量
连接器数量
基本
A,B,C
1
1
中级
A,B,C,D,E,F
2
2
完整
A,B,C,D,E,F,G,H
3
2
图各种配置下的端口连接关系
1.2.2端口的位分配
从表中我们可以看出在3种CameraLink配置模式中，图像数据位是怎样分配到端口的。
这种位分配方式已经被应用于市场上最流行的相机上了。
表CameraLink接口的端口分配
驱动器输入信号
对应芯片引脚
Strobe
TxCLKOut/TxCLKIn
LVAL
TX/RX24
FVAL
TX/RX25
DVAL
TX/RX26
Spare
TX/RX23
PortA0，PortD0，PortG0
TX/RX0
PortA1，PortD1，PortG1
TX/RX1
PortA2，PortD2，PortG2
TX/RX32
PortA3，PortD3，PortG3
TX/RX3
PortA4，PortD4，PortG4
TX/RX4
PortA5，PortD5，PortG5
TX/RX6
PortA6，PortD6，PortG6
TX/RX27
PortA7，PortD7，PortG7
TX/RX5
PortB0，PortE0，PortH0
TX/RX7
PortB1，PortE1，PortH1
TX/RX8
PortB2，PortE2，PortH2
TX/RX9
PortB3，PortE3，PortH3
TX/RX12
PortB4，PortE4，PortH4
TX/RX13
PortB5，PortE5，PortH5
TX/RX14
PortB6，PortE6，PortH6
TX/RX10
PortB7，PortE7，PortH7
TX/RX11
PortC0，PortF0
TX/RX15
PortC1，PortF1
TX/RX18
PortC2，PortF2
TX/RX19
PortC3，PortF3
TX/RX20
PortC4，PortF4
TX/RX21
PortC5，PortF5
TX/RX22
PortC6，PortF6
TX/RX16
PortC7，PortF7
TX/RX17
如果只用端口D和G，那么它们与器件的连接方法与端口A相同。
同样，如果使用端口E和H，它们与器件连接方法同端口B的相同，端口F的与端口C的相同。
如果相机在每个周期内仅输出1个像素，那么就使用分配给像素A的端口；如果相机在每个周期内输入2个像素，那么使用分配像素A和像素B的端口；如果在每个周期内输出3个像素，那么使用分配给像素A、B和C的端口；依次类推至相机每周期输出8个像素，那么分配给A～H的8个端口都将被使用。
2.CameraLink接口模块设计
2.1功能描述
该模块主要根据被测FPGA发来的图像地址信号将DDR2中的指定图像数据读取出来，并且分五路发送给CameraLink接口，由CameraLink图像采集卡接收并传给上位机显示。
2.2接口描述
CameraLink图像采集端口模块的接口信号如图所示：
图CameraLink图像采集端口示意图
表各端口的接口定义
端口名
端口类型
信号类型
描述
来源/去向
Cpsl_Reset_iN
输入
STD_LOGIC
异步复位时钟，低电平有效
时钟同步模块
Cpsl_CamLinkClk_i
输入
STD_LOGIC
主时钟85MHz
Cpsl_DdrClk_i
输入
STD_LOGIC
DDR2访问时钟
被测FPGA
Cpsv_DeBlkEn_i
输入
STD_LOGIC_VECTOR（6DOWNTO0）
地址使能信号，选择从A,D1,D2,D3,D4,D5,G中哪一块输出
Cpsl_CMOSFsyn_i
输入
STD_LOGIC
帧同步信号
Cpsl_CMOSLsyn_i
输入
STD_LOGIC
行同步信号
Cpsv_AXaddr_i
输入
STD_LOGIC_VECTOR（3DOWNTO0）
A块中的地址选择信号
Cpsv_D1Xaddr_i
输入
STD_LOGIC_VECTOR（10DOWNTO0）
D1块中的地址选择信号
Cpsv_D2Xaddr_i
输入
STD_LOGIC_VECTOR（10DOWNTO0）
D2块中的地址选择信号
Cpsv_D3Xaddr_i
输入
STD_LOGIC_VECTOR（10DOWNTO0）
D3块中的地址选择信号
Cpsv_D4Xaddr_i
输入
STD_LOGIC_VECTOR（10DOWNTO0）
D4块中的地址选择信号
Cpsv_D5Xaddr_i
输入
STD_LOGIC_VECTOR（10DOWNTO0）
D5块中的地址选择信号
Cpsv_IXaddr_i
输入
STD_LOGIC_VECTOR（3DOWNTO0）
I块中的地址选择信号
DS90CR287
DS90CR287
Cpsv_CamDataA_o
输出
STD_LOGIC_VECTOR（11DOWNTO0）
第一路Cameralink图像采集输出数据
Cpsl_CamFvalA_oP
输出
STD_LOGIC
第一路帧有效信号，高电平有效
Cpsl_CamDvalA_oP
输出
STD_LOGIC
第一路数据有效信号，高电平有效
Cpsl_CamLvalA_oP
输出
STD_LOGIC
第一路行有效信号，高电平有效
Cpsl_CamPwrDwnA_o
输出
STD_LOGIC
第一路CameraLinkPowerDown
Cpsl_CamClkA_o
输出
STD_LOGIC
第一路CameraLink时钟
Cpsv_CamDataB_o
输出
STD_LOGIC_VECTOR（11DOWNTO0）
第二路Cameralink图像采集输出数据
Cpsl_CamFvalB_oP
输出
STD_LOGIC
第二路帧有效信号，高电平有效
Cpsl_CamDvalB_oP
输出
STD_LOGIC
第二路数据有效信号，高电平有效
Cpsl_CamLvalB_oP
输出
STD_LOGIC
第二路行有效信号，高电平有效
Cpsl_CamPwrDwnB_o
输出
STD_LOGIC
第二路CameraLinkPowerDown
Cpsl_CamClkB_o
输出
STD_LOGIC
第二路CameraLink时钟
Cpsv_CamDataC_o
输出
STD_LOGIC_VECTOR（11DOWNTO0）
第三路Cameralink图像采集输出数据
Cpsl_CamFvalC_oP
输出
STD_LOGIC
第三路帧有效信号，高电平有效
Cpsl_CamDvalC_oP
输出
STD_LOGIC
第三路数据有效信号，高电平有效
Cpsl_CamLvalC_oP
输出
STD_LOGIC
第三路行有效信号，高电平有效
Cpsl_CamPwrDwnC_o
输出
STD_LOGIC
第三路CameraLinkPowerDown
Cpsl_CamClkC_o
输出
STD_LOGIC
第三路CameraLink时钟
Cpsv_CamDataD_o
输出
STD_LOGIC_VECTOR（11DOWNTO0）
第四路Cameralink图像采集输出数据
Cpsl_CamFvalD_oP
输出
STD_LOGIC
第四路帧有效信号，高电平有效
Cpsl_CamDvalD_oP
输出
STD_LOGIC
第四路数据有效信号，高电平有效
Cpsl_CamLvalD_oP
输出
STD_LOGIC
第四路行有效信号，高电平有效
Cpsl_CamPwrDwnD_o
输出
STD_LOGIC
第四路CameraLinkPowerDown
Cpsl_CamClkD_o
输出
STD_LOGIC
第四路CameraLink时钟
Cpsv_CamDataE_o
输出
STD_LOGIC_VECTOR（11DOWNTO0）
第五路Cameralink图像采集输出数据
Cpsl_CamFvalE_oP
输出
STD_LOGIC
第五路帧有效信号，高电平有效
Cpsl_CamDvalE_oP
输出
STD_LOGIC
第五路数据有效信号，高电平有效
Cpsl_CamLvalE_oP
输出
STD_LOGIC
第五路行有效信号，高电平有效
Cpsl_CamPwrDwnE_o
输出
STD_LOGIC
第五路CameraLinkPowerDown
Cpsl_CamClkE_o
输出
STD_LOGIC
第五路CameraLink时钟
app_af_wren
输出
STD_LOGIC
MIG缓存地址和命令的fifo写使能信号高电平有效
DDR2控制器
app_af_addr
输出
STD_LOGIC_VECTOR（30DOWNTO0）
MIG地址总线
app_af_cmd
输出
STD_LOGIC_VECTOR（2DOWNTO0）
MIG读写命令控制信号
clk0_tb
输入
STD_LOGIC
MIG用户界面同步时钟
app_af_afull
输入
STD_LOGIC
缓存地址和命令的fifo快满信号
rd_data_valid
输入
STD_LOGIC
读出数据有效信号，与有效数据同步
rd_data_fifo_out
输入
STD_LOGIC_VECTOR（63DOWNTO0）
MIG用户界面读数据总线
CameraLink接口信号时序如图所示：
图CameraLink图像采集电路的时序图
2.3功能实现
Cameralink图像采集接口电路主要包含两个子模块，如图所示，数据读取分发模块负责从DDR2中读取处理好的CMOS图像，并按指定的数据编排要求分发给5路CAMERALINK数据缓冲输出模块，数据缓冲输出模块完成5路CAMERALINK数据的缓冲，并按指定时序要求发送给DS90CR287。
图CameraLink图像采集软件流程框图
2.3.1数据读取分发模块
数据读取分发模块负责在帧行同步信号的控制下，按照地址使能和地址信号从DDR2中读取处理好的CMOS图像数据，并按指定的数据编排要求发送给cameralink数据缓冲输出模块。
该模块也分为两个子模块：
地址映射模块和读取DDR模块。
地址映射模块的主要功能是根据被测FPGA给的行地址转化成对应DDR的行起始地址，转化完成后把DDR地址发给DDR读取模块，DDR读取模块负责把该行的10240个像素（12bit）全部读取到五路缓冲模块中。
2.3.2数据缓冲输出模块
缓冲模块总共有五路，把一行图像数据平均分到五路缓冲后输出。
每路CameraLink缓冲模块包括2个双口RAM，采用乒乓读写的工作模式，一个双口RAM读DDR数据的同时另一个双口RAM发送数据。
双口RAM配置为两端口独立时钟模式，以隔离DDR时钟和CamerLink数据域的时钟。
另外，两端口可以配置为不同的数据位宽，以方便实现DDR2数据位宽64位到16位数据位宽的变换。
由于CamerLink输出时12位的，因此在款冲模块处还要有一个16位位宽转换位12位位宽的子模块来完成位宽的转换。
2.4modelsim仿真结果
图modelsim仿真结果
如图，被测FPGA每来一个行同步，CameraLink模块获取行地址后读取DDR2中的数据写入缓存模块，等到下一个行同步来的时候把所读的数据从缓存模块中输出。
实际要求的是每个行同步来后要读取一行数据，大小为2048x12bit，为了缩小仿真时间，仿真时没一行的数据长度为：
80x12bit。
图五路CameraLink仿真输出
如图，当下个行同步来的时候缓存数据输出，输出的数据时连续的。
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