一种图像记录系统 【技术领域】
本发明涉及一种图像记录系统。
背景技术
由于图像信息具有信息量丰富、直观生动等特点，故将图像信息实时完整地记录下来，是科研和实际工程应用中对图像进行深入分析和处理的必要手段。但随着图像记录系统技术的不断发展，对数据的传输速率、系统的存储容量、系统的小型化、稳定性等方面都提出了更高的要求。而目前传统的图像记录存储由于受到存储介质、传输协议、信号完整性、外界环境等多方面因素的影响，无法达到系统的更小型化和更高速、更稳定的图像数据记录存储。
现有的图像记录系统由于受到存储介质、传输协议、信号完整性、外界环境等多种因素的影响，具有如下缺陷：
1、系统智能化程度低，接口复杂，不利于人工开发；
2、整个系统过于庞大，难于应用于其它类似系统；
3、系统性能不高，难以满足各种市场应用需求；
4、系统稳定性不强，会经常出现各种问题，导致难以应用。
现有的IDE电子盘作为数据存储介质，具有体积小、容量大、接口智能化程度高、速度高等优点，因此，选择IDE电子盘可以充分发挥存储介质的优势，开发出速度高、存储量大、性能可靠的图像存储记录系统。
在外围设备总线方面，PCI总线以其独立于处理器的独特设计和高性能、开放性等优势，得到迅速普及和发展，已经广泛应用于高速数据采集、存储系统的数据传输。其总线带宽为32位并可升级到64位，总线速度可达33/66MHz，在同步控制、猝发传输时数据传输速率高达132MB/s(32位，33MHz)、264MB/s(64位，33MHz)或者528MB/s(64位，66MHz)。
因此，研制一种基于PCI总线规范的以高速大容量电子盘为存储介质的小型高速图像记录系统具有非常重要的意义。
【发明内容】
本发明要解决的技术问题是提供一种图像记录系统，以克服现有技术中存在的缺陷。
本发明的技术方案为：
一种图像记录系统，其特殊之处在于：包括处理器、存储介质、FLASH存储器、SDRAM以及2个异步FIFO存储器，
所述FPGA内分别形成IDE接口、图像传送接口、图像数据接口、SDRAM控制器以及，其中，
IDE接口和图像传送接口，用于转换接口规范，实现处理器上的PCI接口与存储介质接口之间的数据交换；
图像数据接口，用于接收外部图像数据；
SDRAM控制器，用于控制SDRAM进行缓存图像数据；
FLASH存储器，用于存储启动程序；
所述2个异步FIFO存储器，用于对数据进行缓冲，已匹配PCI总线和存储介质之间的时序。
包括串口，用于对整个系统进行监控；
所述FPGA内形成异步串行接口和同步串行接口，其分别通过电平转后与串口相连接，以及与处理器上的FLASH/ROM接口相连接。
包括图像处理压缩芯片，用于对图像数据进行压缩；
所述FPGA内形成图像压缩接口，其分别与SDRAM控制器和图像处理压缩芯片相连接。
上述处理器采用PowerPC处理器MPC8245，
所述串口为16C550，
所述存储介质采用大小为2.5寸、容量为16G、支持ATA-6规范、最大传输速率100MB/s、持续传输速率为36MB/s的电子盘，
所述FPGA采用XC2V1000-6FG456 FPGA芯片，
所述每个FIFO存储器大小为1K×16bit。
本发明的技术效果为：
1、利用当前应用广泛的低功耗高性能PowerPC处理器及外围电路作为系统平台，整个系统具有高性能，整个系统大部分功能由FPGA实现，很大程度地节约了系统空间，使得体积小(整个系统仅占用128mm×78mm×20mm空间体积)，能够适用于各种环境。
2、利用高性能FPGA实现包括系统调度、图像处理、存储及串行接口等大部分接口功能，达到整个系统的高度集成。
3、在FPGA内部实现包括PCI2.2规范、ATA-6规范等传输协议，用于图像数据的高速传输、大容量存储控制，达到图像记录系统的高速性能。
4、在系统软件中打开其所含有的文件系统功能，用于对存储记录后的图像文件进行优化配置管理，达到图像记录系统的高稳定性。
【附图说明】
图1为本发明系统结构框图。
图2为PCI总线DMA传输周期时序图。
图3为FPGA内部功能框图。
【具体实施方式】
1、硬件平台设计：
参见图1，硬件平台的核心是PowerPC处理器MPC8245，该处理器内部集成MPC603e的核(最高处理速度300MHz)、一个100MHz高速SRAM存储器接口和一个满足PCI2.2规范的PCI桥，该PCI桥最高能实现132MB/s的数据传输速度，性能满足本系统要求，另外它还集成了2个DMA控制器，支持PCI柲诖妗20.诖妫璓CI、内存柲诖妗CI-PCI之间的DMA传输。
存储介质使用的是2.5寸的电子盘，容量16G，支持ATA-6规范，最大传输速率100MB/s，持续传输速率为36MB/s。整个硬件平台仅占用128mm×78mm的面积。
在PCI总线上进行高速数据传输可采用直接存储器存储DMA技术，DMA技术是一种由DMA控制器完成的存储器与外部设备或存储器之间大数据量传输的方法，既不通过CPU，也不需要CPU的干预，可使整个系统的性能大大提高，能够达到PCI总线规范的最大数据传输速率，参见图2的PCI总线DMA传输的周期时序图。
2、FPGA设计：本发明可采用Xilinx公司的XC2V1000-6FG456 FPGA芯片，XC2V1000-6FG456是Virtex-II系列的高性能FPGA，支持最高420MHz的内部时钟，有100万门、5120个逻辑单元、720Kbit的内部RAM可用于构建FIFO。芯片内部提供33/66MHz的PCI接口和66/133MHz的PCI-X接口，还提供高速的SRAM和DRAM接口。利用FPGA内部的Block RAM来产生2个异步FIFO存储器，使PCI总线和电子盘分别以不同地时序对存储器进行操作，从而解决不同时序匹配的问题。
FPGA的主要功能是完成图像数据流程中各个环节控制，同时为PowerPC处理器和外界通讯扩展异步、同步串口，并提供存储器访问的周期控制，参见图3的FPGA内部功能框图。
由于PCI总线和电子盘的时序不匹配，高速的数据无法由PCI总线直接写入电子盘，因此需要一个存储器进行缓冲或匹配，使PCI总线和电子盘分别以不同的时序对存储器进行操作，从而解决不同时序匹配的问题。考虑到电路的集成和稳定性等因素，利用FPGA内部的Block RAM来产生2个异步FIFO存储器(每个FIFO大小为1K×16bit)。基于FIFO的先入先出的特性，数据利用FIFO进行缓冲，只要写电子盘所用的时间不超过存满FIFO深度的时间，即可达到数据无丢失完全存储。
3、系统软件设计：系统根据不同的传输命令产生不同的软件流程，FPGA根据系统要求对图像数据进行处理及转发，实现图像数据的高速采集存储，采集存储后的图像文件经过文件系统进行优化配置管理，达到图像数据的准确、稳定记录。
本系统可配置VxWorks5.5实时多任务操作系统，负责管理系统中硬件资源分配、调度及应用软件的工作过程和任务的执行顺序。操作系统软件主要具有如下功能：
a、快速实时响应能力；
b、异常处理能力；
c、看门狗处理能力；
d、多任务调度能力；
e、支持高速数据缓存(CACHE)；
f、动态存储器管理能力；
g、消息队列能力；
h、可剪裁能力；
i、系统时钟支持能力、辅助时钟支持能力；
j、为用户提供API接口。
另外，此系统软件自身具有文件系统功能，用于管理图像文件，支持FAT32文件格式，使系统的兼容性更强。
开机后，本系统会根据不同的传输命令产生不同的软件流程，FPGA根据系统要求对图像数据进行处理及转发，实现图像数据的高速采集存储，采集存储后的图像文件经过文件系统进行优化配置管理，达到图像数据的准确、稳定记录。
本发明提供了一个以PowerPC处理器平台为基础，FPGA技术为核心的小型化系统，整个系统大部分功能由FPGA实现，很大程度地节约了系统空间。系统完成图像数据的处理、传输及记录存储、文件管理等功能，符合PCI2.2及ATA-6协议规范，具有高速、稳定的特点。
本发明能应用于高速存储系统，其所具有的小型化、高稳定性的特点使之不容易受到环境、空间的影响，具有很好的应用前景。