[發(fā)明專利]千兆以太網(wǎng)的多通道數(shù)據(jù)循環(huán)采集系統(tǒng)及采集方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710385577.2
• 申請日: 2017-05-26
• 公開（公告）號: CN107171978B
• 公開（公告）日: 2019-08-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 邊河;劉廣森;王華偉;張德瑞;馮佳;楊洪濤
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院西安光學精密機械研究所
• 主分類號: H04L12/931
• 分類號: H04L12/931;H04L12/935;H04L12/863
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 陳廣民

本發(fā)明公開了一種千兆以太網(wǎng)傳輸?shù)亩嗤ǖ缊D像數(shù)據(jù)循環(huán)采集系統(tǒng)及采集方法。該系統(tǒng)包括N路數(shù)據(jù)源、數(shù)據(jù)處理單元、千兆以太網(wǎng)網(wǎng)口以及上位機；數(shù)據(jù)處理單元包括FPGA芯片、N路信號輸入接口、N個網(wǎng)絡(luò)功能模塊、多通道控制模塊以及網(wǎng)絡(luò)發(fā)送模塊；每一路數(shù)據(jù)源通過信號輸入接口將圖像數(shù)據(jù)發(fā)送至其對應的網(wǎng)絡(luò)功能模塊中；網(wǎng)絡(luò)功能模塊用于將圖像數(shù)據(jù)進行緩存并且合成符合UDP協(xié)議的廣播數(shù)據(jù)包；多通道控制模塊通過握手通訊機制實現(xiàn)多路數(shù)據(jù)控制模塊循環(huán)對每一個網(wǎng)絡(luò)功能模塊進行響應，并且將每一路網(wǎng)絡(luò)功能模塊中的圖像數(shù)據(jù)均依次通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送模塊、千兆以太網(wǎng)網(wǎng)口發(fā)送至上位機。本發(fā)明不僅成本低，并且避免了數(shù)據(jù)傳輸出現(xiàn)錯誤和延遲問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域，尤其涉及一種千兆以太網(wǎng)傳輸?shù)亩嗤ǖ缊D像數(shù)據(jù)循環(huán)采集系統(tǒng)及采集方法。

背景技術(shù)

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)廣泛的應用于航空航天，通訊，雷達，電子測量，工業(yè)等各個領(lǐng)域，而多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)日益發(fā)展成為一種趨勢。

傳統(tǒng)多路數(shù)據(jù)采集并傳輸?shù)缴衔粰C只關(guān)注前端數(shù)據(jù)采集的參數(shù)，例如高速，高精度，而多路數(shù)據(jù)進入處理器后，如何確保多路數(shù)據(jù)緩存，數(shù)據(jù)處理和傳輸正確性研究很少。

目前很多工業(yè)現(xiàn)場很多采集系統(tǒng)都是通過RS-232或者RS-422/RS-485總線與上位機PC機進行通訊，很難保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性，穩(wěn)定性，大容數(shù)據(jù)傳輸和遠距離通信。而采用光纖進行數(shù)據(jù)傳輸，又增加了系統(tǒng)設(shè)計的復雜性和研發(fā)成本。

例如中國專利，公告號為CN102930713A，公開了一種“光纖以太網(wǎng)通信的多通道數(shù)據(jù)同步采集系統(tǒng)”，其通過光纖以太網(wǎng)模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機生成CVS格式進行保存，后續(xù)再進行分析。這種通過光纖傳輸?shù)拇嬖谥毕?，對于一些圖像數(shù)據(jù)要求實時傳輸和顯示，采用光纖傳輸數(shù)據(jù)需要保存和后處理，這樣畫面會有一定的延時，又增加了設(shè)計的難度和成本。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決背景技術(shù)中的問題，，本發(fā)明提供了一種制造成本低，并且能夠避免數(shù)據(jù)傳輸出現(xiàn)錯誤和延遲問題的千兆以太網(wǎng)的多通道數(shù)據(jù)循環(huán)采集系統(tǒng)及采集方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

采用同步RS422總線+FPGA+千兆以太網(wǎng)的硬件平臺，通過RS422總線接收圖像數(shù)據(jù)，同時采用FPGA可以利用其并行性利用其豐富的資源來增加其吞吐量，相比單純的提高速度來提高吞吐量具有更低的功耗并且也降低了系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，使得出錯的可能性大大降低；另一方面，如果在傳輸數(shù)據(jù)時對數(shù)據(jù)進行了壓縮，則系統(tǒng)所能傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量將大幅提高，用系統(tǒng)復雜度換取大的數(shù)據(jù)吞吐量在數(shù)據(jù)量巨大的情況下是有效的。因此，采用基于FPGA的千兆以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)對高速相機的海量數(shù)據(jù)進行傳輸是一個比較好的選擇。利用千兆以太網(wǎng)吞吐量大、配置靈活的特點對圖像數(shù)據(jù)進行實時傳輸。

千兆以太網(wǎng)的多通道數(shù)據(jù)循環(huán)采集系統(tǒng)，包括N路數(shù)據(jù)源以及數(shù)據(jù)處理單元、千兆以太網(wǎng)網(wǎng)口以及上位機；

所述N路數(shù)據(jù)源為N臺用于采集圖像數(shù)據(jù)的相機；

所述數(shù)據(jù)處理單元包括FPGA芯片、N路信號輸入接口、N個網(wǎng)絡(luò)功能模塊、多通道控制模塊以及網(wǎng)絡(luò)發(fā)送模塊；N≥1；

N路信號輸入接口、N個網(wǎng)絡(luò)功能模塊、多通道控制模塊以及網(wǎng)絡(luò)發(fā)送模塊全部集成在FPGA芯片上；

N路信號輸入接口、N個網(wǎng)絡(luò)功能模塊以及N路數(shù)據(jù)源一一對應；

每一路數(shù)據(jù)源通過信號輸入接口將圖像數(shù)據(jù)發(fā)送至其對應的網(wǎng)絡(luò)功能模塊中；網(wǎng)絡(luò)功能模塊用于將圖像數(shù)據(jù)進行緩存并且合成符合UDP協(xié)議的廣播數(shù)據(jù)包；

多通道控制模塊通過握手通訊機制實現(xiàn)多通道控制模塊循環(huán)對每一個網(wǎng)絡(luò)功能模塊進行響應，并且將每一路網(wǎng)絡(luò)功能模塊中的圖像數(shù)據(jù)依次發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)發(fā)送模塊；

網(wǎng)絡(luò)發(fā)送模塊通過千兆以太網(wǎng)網(wǎng)口與上位機通訊。