高速高清视频图像采集卡总线结构简介

　　系统总线在微型计算机中的地位，如同人的神经中枢系统，CPU通过系统总线对存储器的内容进行读写，同样通过总线，实现将CPU内数据写入外设，或由外设读入CPU。PCI(peripheral component interconnect)总线是当前最流行的总线之一，PCI总线主板插槽的体积比原ISA总线插槽还小，最大传输速率可达132MB/s，可同时支持多组外围设备。总线被誉为是计算机系统的神经中枢

　　图像采集卡(Image Grabber)是将摄像机的图像视频信号以帧为单位，送到计算机的内存和VGA帧存，供计算机处理、存储、显示和传输等使用的设备。

　　高清VGA图像采集卡采用PCI-E插槽的最大的优势是传输速度更大与PCI采集卡相比，采用PCI Express总线的主板仍可支持PCI插槽，各种PCI接口的扩展卡可以低带宽模式正常运行

　　在机器视觉系统中，图像采集卡将采集到的图像，供处理器作出工件是否合格、运动物体的运动偏差量、缺陷所在的位置等处理。图像采集卡主要有三种通用的总线结构：

　　1、PCI-32=32bits，33MHZ

　　其最高理论速度为132 Mbytes/S，已在市场上出现十余年，是一个成熟、有效的总线结构，至今仍应用于通用的PC机内，在很多机器视觉领域，它已能满足需要。但是随着图形卡、视频卡对传送速度要求的提高，PCI-32总线已不堪重负。

　　PCI是一种基于标准PCI总线的小巧而坚固的高Compact性能总线技术。1994年PICMG(PCI工业计算机制造商联盟PCI技术，它定义了更加坚固耐用的PCI版本。在出了Compact电气、逻辑和软件方面，它与PCI标准完全兼容。卡安装在支架上，并使用标准的Eurocard外型。PXI总线即外围部件互联总线.是一种高性能的32位/64位地址数据复用的局部总线。32位模式下可实现高达132MB/s的传输速率。

　　PCI高速vga图像采集卡的硬件结构本采集系统要求完成红外图像串行数据的实时采集，串行数据以LVDS的差分方式输入图像信息量为：25Mb/s。然后进提FPGA经过串并转换后存入FIFO中，对于高速海量的数据传输，一般需要将数据进行本地缓存，然后再传给上位机完成数据的存储和分析，因此选择兆级的大容量FIFO作为本地数据缓存.使得外部传输与PCI总线传输速度匹配，防止数据丢失。PCI总线协议比较复杂，出于开发效率的考虑，选用PCI接El芯片来处理复杂的协议。

　　2、PCI-X：

　　PCI-X总线由康柏、惠普和IBM等三家服务器厂商于九十年代末共同发起，后来提交给PCI SIG组织修订。这项工作耗费了不短的时间，最终在2000年正式发布PCI-X 1.0版标准，PCI-X宣告诞生。

　　PCI-X是在PCI-32的基础上扩展起来的，数据宽度从32位扩大到64位，即可将传送速度增加一倍，如果再将主时钟从32MHZ提高到66MHZ，甚至133MHZ，则传送速度又可成倍地增加。

　　也就是说PCI-X并没有脱离PC体系，它仍使用64位并行总线和共享架构，但将工作频率提升到133MHz，由此获得高达1.06GBps的总带宽。

　　用扩大数据宽度和提高主时钟的方式来增加速度带来了很大的问题，由于这是一种并行传送方式，又在高速下运行，所以带来了噪音影响，而为了克服它，对PC主板的元件要求将大大提高，从而便提高了成本，所以PCI-X并未成为PC的主流总线，它只是在一些服务器中使用。

　　PCI-X的另一个重要优点在于，它可以完全兼容之前的64位PCI扩展设备，相对于64位PCI总线，PCI-X的提升相当明显，在它的帮助下，服务器内部总线资源紧张的难题得到一定的缓解。

　　3、PCI-Express

　　PCI-Express又称PCE-E和3GIO。PCI总线的拓扑结构是一种共享式结构，当总线上的设备增加时，将带来管理的极大困难，而PCI-E总线是点到点的总线拓扑结构，采用串行和打包数据的方式传送数据，PCI-E是可以剪裁的，一个通道可以达到2.5GB/S的传送速度，二个通道则可将传送速度加倍，还可以×4，×8，×16，×32地将通道捆绑在一起，获得更高速的数据传送。PCI-E是2002年发布的，现在已经在PC主机板上大量出现，据估计，PCI-E将成为PC机的主流总线结构，PCI-E图像采集卡也将得到大量的普及应用。

　　由于工作频率高达2.5GHz，最基本的PCI Express总线可提供的单向带宽便达到250MBps(2.5Gbps×1 B/8bit×8b/10b=250MBps)，再考虑全双工运作，该总线的总带宽达到500MBps—这仅仅是最基本的PCI Express ×1模式。如果使用两个通道捆绑的×2模式，PCI Express便可提供1GBps的有效数据带宽。依此类推，PCI Express ×4、×8和×16模式的有效数据传输速率分别达到2GBps、4GBps和8GBps。这与PCI总线可怜的共享式133MBps速率形成极其鲜明的对比，更何况这些都还是每个PCI Express可独自占用的带宽。

　　同时PCI-E不同接口还可以向下兼容其他PCI-E小接口的的产品。既PCI-E 4X的设备可以插在PCI-E 8X或16X上进行工作。(较短的PCI-E卡可以插入较长的PCI-E插槽中使用) 。

　　規格位数频率带宽

　　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(双工)

　　PCI-E 1.0 2X8 位元1.25 GHz500 MB/s(双工)

　　PCI-E 1.0 4X8 位元1.25 GHz1.0 GB/s(双工)

　　PCI-E 1.0 8X8 位元1.25 GHz2.0 GB/s(双工)

　　PCI-E 1.0 16X8 位元1.25 GHz4.0 GB/s(双工)

　　PCI-E接口还能够支持热拔插，不过建议PCI-E视频采集卡不要热插拔，PCI Express总线能够提供极高的带宽，比同等情况下的PCI-E 2.0规范提高了一倍，X32端口的双向速率高达320Gbps。PCI Express 采用的是每次 1 位的串行传输方式，其最高数据传输速度为 8Gbit / s ，最大电缆长度 3m。

　　随着计算机和通信技术的进一步发展，新一代的I/O接口大量涌现，使得PCI总线的带宽已经无力应付计算系统内部大量高带宽并行读写的要求，PCI总线也成为系统性能提升的瓶颈，于是就出现了PCI Express总线。 PCI Express采用的也是目前业内流行这种点对点串行连接，PCI总线的拓扑结构是一种共享式结构，当总线上的设备增加时，将带来管理的极大困难，而PCI-E总线是点到点的总线拓扑结构，采用串行和打包数据的方式传送数据，相对于传统PCI总线在单一时间周期内只能实现单向传输，PCI Express的双单工连接能提供更高的传输速率和质量，它们之间的差异跟半双工和全双工类似。PCI-E是可以剪裁的，一个通道可以达到2.5GB/S的传送速度，二个通道则可将传送速度加倍，还可以×4，×8，×16，×32地将通道捆绑在一起，获得更高速的数据传送。目前，PCI-E将成为PC机的主流总线结构，PCI-E图像采集卡也将得到大量的普及应用。