基于LVDS的图像采集存储装置的设计与实现

摘要

目前，高像素、高频帧的成像设备被广泛应用于航天航空领域，图像采集存储装置面临的高速、大容量以及高可靠性的挑战也随之而来。本文结合国内外研究现状，设计了一种基于LVDS传输的图像采集存储装置，它采用FPGA作为核心逻辑控制器，实现PCM数据、速变量数据以及两路高速图像数据的缓存及存储，同时通过数据回读通道对数据进行实时处理和分析。
　　首先，本文对速变量采集及PCM数据接收的硬件电路进行了介绍和分析，同时对其逻辑控制的设计思想和流程进行了详细阐述。其次，结合LVDS传输技术原理，设计了高速图像数据接收单元及回读单元，优化了数据传输的时序逻辑，总结了LVDS在实际应用中的关键技术。逻辑上，为了解决各类型数据传输速度与处理速率不匹配的情况，采用了FPGA内部集成高速缓存技术，对不同数据按一定规律进行融合后再实时存储至NAND FLASH中。此外，本设计还优化了编帧模块的控制时序，完善了关键命令信号的状态检测流程并对VHDL有限状态机的编码方式进行了论述，提高了逻辑运行的可靠性。最后，本文提出了一种合理可行的LVDS误码率软件测试方法，可方便地对系统工作稳定性做出评估。
　　通过搭建图像采集存储装置与地面测试台的闭环测试平台，对系统功能进行测试，证明了该装置能够对飞行器的关键信号进行实时的监测记录，满足系统提出的各项需求，具有数据传输量大、实时性强、灵活可靠的特点。

目录

声明

摘要

1．1 课题研究目的及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 主要内容及章节安排

2 方案设计与分析

2．1 功能需求

2．2 方案设计与分析

2．2．1 架构组成及设计

2．2．2 工作模式设计

3 图像采集存储装置模块设计

3．1 速变量采集模块设计

3．1．1 线性隔离电路设计

3．1．2 模数转换电路设计

3．2 基于ROM查找表的通道采样控制

3．3 开关量接收模块设计

3．3．1 开关量接收的硬件电路设计

3．3．2 PCM数据接收逻辑优化

3．4 数据存储模块设计

4 LVDS高速数据传输接口技术

4．2 双路LVDS图像数据接收单元

4．2．1 LVDS图像数据的传输

4．2．2 图像数据接收控制逻辑

4．3 LVDS高速数据回读单元

4．3．1 LVDS图像数据的传输

4．3．2 LVDS传输逻辑设计与优化

4．4 LVDS数据传输的关键技术

5 数据融合逻辑及可靠性研究

5．1 系统逻辑设计方案

5．2 数据融合编帧技术

5．2．1 缓存介质的选择

5．2．2 FIFO管理及数据的编帧

5．2．3 数据缓存容量设计

5．3 系统逻辑可靠性设计研究

5．3．1 编帧模块的降频优化

5．3．2 开关命令的检测

5．3．3 状态机编码方式

5．4 LVDS图像数据误码率检测技术

5．4．1 m序列产生原理

5．4．2 LVDS误码率检测的FPGA实现

6 性能测试与验证

6．1 测试方案及平台搭建

6．2 性能测试与分析

6．2．1 速变量数据读取测试结果

6．2．2 PCM数据接收准确性测试

6．2．3 LVDS图像数据测试结果及误码测试

6．2．4 存储器数据读取测试结果

7．1 论文总结

7．2 展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢