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本文簡(jiǎn)要描述基于萬(wàn)兆網(wǎng)的GigE Vison IP設(shè)計(jì)方案。
一、GigE Vsion協(xié)議要點(diǎn)
GigE Vison協(xié)議基于普通的以太網(wǎng)物理鏈路，運(yùn)行在UDP協(xié)議層之上，包含控制協(xié)議GVCP和數(shù)據(jù)流協(xié)議GVSP兩大部分，整個(gè)層次結(jié)構(gòu)如下圖1所示。
圖1 GigeVison協(xié)議層次結(jié)構(gòu)圖
GigE Vison協(xié)議的要點(diǎn)如下：
（1）上電或復(fù)位完成后必須先進(jìn)行IP配置和設(shè)備枚舉，必須支持DHCP和LLA（Auto IP）兩種IP配置方式；
（2）在UDP層上建立應(yīng)答握手機(jī)制以保證傳輸，GVCP采用3956端口，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度必須以32bit為邊界，數(shù)據(jù)不可分包傳輸；
（3）設(shè)備必須支持心跳功能以確認(rèn)處于連接狀態(tài)；
（4）支持控制（1個(gè)）、數(shù)據(jù)流（1~512個(gè)）和消息（0~1個(gè)）三種通道，每個(gè)通道分配不同的UDP端口，控制通道支持三種不同的訪問(wèn)權(quán)限；
（5）必須支持最小規(guī)模的ICMP（GigeVsion要求必須支持Ping命令）；
（6）GVSP的數(shù)據(jù)包以字節(jié)為邊界，數(shù)據(jù)包的大小由第一個(gè)有效的test packets決定，支持錯(cuò)誤恢復(fù)和流控制；
（7）GVSP數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯挝粸?/span>Block，一個(gè)完整的Block由Data Leader、Data Payload和Data Trailer構(gòu)成；
（8）所有的Gige Vison相機(jī)都必須在他們的XML描述文件中強(qiáng)制制定相機(jī)的參數(shù)信息。
（9）bootstrap寄存器及XML文件需要非易失Flash硬件支持。
二、IP功能設(shè)計(jì)方案要點(diǎn)描述
GigE Vison邏輯IP需要實(shí)現(xiàn)圖1所示的所有協(xié)議層，方案中硬件平臺(tái)基于Xilinx 7系列器件XC7K325T/XC7K160T，下圖2是GigE Vision IP核的模塊框架結(jié)構(gòu)。
圖2 GigE Vision IP核的框架結(jié)構(gòu)
（1）物理層
物理層使用Xilinx 10G Ethernet Subsystem IP核，版本v3.1。對(duì)外數(shù)據(jù)接口例化為AXI4 Stream，位寬64bit，數(shù)據(jù)時(shí)鐘156.25MHz；配置接口例化為AXI4-Lite，位寬32bit，時(shí)鐘頻率100MHz。
IP核配置通過(guò)Microblaze軟核完成，并且使能Jumbo幀功能。功能、接口、配置和使用說(shuō)明參見Xilinx官方文檔PG157。
（2）IP/UDP層
IP層協(xié)議僅支持IPv4版本，IP數(shù)據(jù)報(bào)頭Options項(xiàng)為空；需要支持DHCP、ARP和ICMP協(xié)議，內(nèi)部通信采用64位AXI4 Steam總線通信。
（3）GVCP/GVSP協(xié)議
支持GigE Vison Specification version 1.0標(biāo)準(zhǔn)描述的所有必須支持的項(xiàng)，GVSP數(shù)據(jù)包負(fù)載類型支持Payload type = RawData/YUV422-8bit/RGB888。為完整實(shí)現(xiàn)功能，部分控制放在處理器上完成（本設(shè)計(jì)實(shí)例使用MicroBlaze），需要掉電保存的項(xiàng)存儲(chǔ)在外部Flash中，需要大量緩存的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在片外DDR中。
RTL描述語(yǔ)言使用Verilog，編譯工具使用Xilinx Vivado2016.4，仿真工具使用ModelSim 10.2C。
備注：
（1）為簡(jiǎn)化邏輯端的設(shè)計(jì)難度，可將GVCP協(xié)議放在Microblaze里面實(shí)現(xiàn)，使用ZYNQ系列器件的，可以直接在PS里運(yùn)行；
（2）物理層使用千兆網(wǎng)的，本方案仍然可行，只需修改物理層接口即可；使用ZYNQ系列器件的，可以直接在PS里軟件實(shí)現(xiàn)所有的GVCP和GVSP協(xié)議；
三、測(cè)試結(jié)果
在Xilinx K7 325T器件上實(shí)現(xiàn)完整的系統(tǒng)（包括DDR Mig、Microblaze等），占用Slice約30K。
與PC進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸測(cè)試，穩(wěn)定傳輸速率約為6.5Gbps，可輕松傳輸4K無(wú)壓縮原圖或一些特殊圖像數(shù)據(jù)如超聲、CT、雷達(dá)、高速ADC采樣結(jié)果等原始數(shù)據(jù)。
行業(yè)分類 : 安防監(jiān)控
開發(fā)平臺(tái) :
交付形式 : 軟件
性能參數(shù) : 萬(wàn)兆網(wǎng)傳輸6.5Gbps數(shù)據(jù)速率
應(yīng)用場(chǎng)景 : （1）視頻光端機(jī)； （2）超聲、CT、雷達(dá)、高速ADC等原始數(shù)據(jù)傳輸； （3）超高清視頻原始數(shù)據(jù)傳輸； （4）科學(xué)研究。
