基于SOPC和高速以太网的图像传输技术研究

摘要

随着以太网技术的发展及嵌入式平台的普及，越来越多的图像处理系统采用嵌入式以太网作为数据传输方案，使得其在体积、功耗、便携性等方面均有较大改善。然而，实时图像传输的数据量较大，对实时性和存储空间均有较高的要求，使用传统的TCP/IP协议族，图像数据需要在几个协议层间逐层进行数据帧的头部封装或解封装，造成时延及存储空间的加大。为此，对TCP/IP协议族的四个层次进行精简，设计符合特定应用的数据访问及传输机制，能使实时图像传输在传输时延及存储空间上有所改善。SOPC作为基于FPGA的片上高性能嵌入式系统，具有软硬件均可编程的特点，在SOPC平台上进行开发，可根据应用的特定需要，选择不同的配置方式，则具有更高的灵活性。
　　本文主要研究了基于SOPC及高速以太网的图像传输技术，完成了以太网接口控制器的软硬件设计及实现。针对数据多层传递使存储空间增大及传输时间延长的问题，使用底层数据内存共享的方法进行优化，针对实时图像数据对时间的约束要求，使用数据即到即处理的方法进一步减少时间的延迟。论文的主要内容包括以下几个方面:(1)研究了Zynq7000系列SOPC平台IO接口技术，同时重点学习了以太网接口的连接技术。(2)研究了以太网接口在不同场合的性能需求。(3)根据以太网接口在嵌入式应用的需求，分析了以太网控制器的软硬件架构，设计并实现了高性能的以太网接口。
　　以太网接口的软硬件实现后，使用ZC702评估板和Microzed7010评估板进行了速率及链路延迟的测量，并把该设计嵌入到图像处理系统中，提高图像处理系统的实时性，减少了程序的代码量及所需的存储空间。

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摘要

图目录

表目录

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．3 论文研究内容

1．4 论文组织结构

第二章 基于SOPC架构的以太网接口设计技术

2．1 实时图像处理系统的基本结构

2．2 Zynq7000 SOPC平台及IO传输模块简介

2．2．1 Zynq7000 SOPC平台IO接口资源简介

2．2．2 zynq7000 SOPC平台IO接口连接技术

2．3 SOPC平台传输模块基本结构

2．4 高速以太网传输模块性能需求

2．5．1 PS端的以太网控制器通过MIO进行连接

2．5．2 PS端的以太网控制器通过EMIO进行连接

2．5．3 在PL端实现以太网控制器

2．5．4 以太网控制器控制原理

2．5．5 物理层芯片控制原理

2．6 本章小结

第三章 高速以太网传输模块架构

3．1 以太网传输模块的总体架构设计

3．1．1 以太网传输模块方案选择

3．1．2 以太网接口的模块构成及软硬件划分

3．1．3 以太网传输模块的总体工作流程

3．2 以太网传输模块在图像处理系统中的应用设计

3．2．1 以太网传输模块在JPEG2000视频传输系统中的设计

3．2．2 以太网传输模块在SIFT图像匹配系统中的设计

3．3 本章小结

第四章 以太网传输模块的硬件设计与实现

4．1 图像传输系统的硬件架构

4．1．2 Zynq7000 SOPC平台以太网传输模块的硬件设计流程

4．2 以太网控制器及物理层芯片的调试方法

4．2．1 读写状态寄存器进行调试

4．2．2 制定调试方案缩小错误寻找范围

4．3 本章小结

第五章 以太网传输模块的软件设计与实现

5．1 以太网传输模块的软件架构及设计流程

5．1．1 以太网传输模块的数据帧处理

5．1．2 以太网传输模块的内存管理

5．1．3 以太网传输模块的错误处理

5．2 以太网传输模块与其它平台通信互联的设计

5．2．1 Windows系统下的WinPcap编程

5．2．2 Linux系统下的虚拟网卡及原始套接字

5．3 本章小结

第六章 以太网接口的测试与分析

6．1 以太网接口性能测试与分析

6．1．1 吞吐率及丢包率的测量

6．1．2 传输时延的测量

6．2 以太网接口嵌入图像处理系统后整体性能测试与分析

6．2．1 以太网接口嵌入J1PEG2000视频传输系统性能测试

6．2．2 以太网接口嵌入SIFT图像匹配系统性能测试

6．3 以太网接口控制器程序代码分析

6．4 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 工作总结

7．2 后期工作及展望

致谢

参考文献

作者简介