[發(fā)明專利]基于FPGA實(shí)現(xiàn)GigE Vision協(xié)議進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711466460.3
• 申請(qǐng)日: 2017-12-28
• 公開（公告）號(hào): CN108206829B
• 公開（公告）日: 2020-06-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王彥超;余建成;張偉剛;寇經(jīng)緯
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所
• 主分類號(hào): H04L29/06
• 分類號(hào): H04L29/06
• 代理公司: 西安智邦專利商標(biāo)代理有限公司 61211
• 代理人: 唐沛

本發(fā)明屬于嵌入式通信領(lǐng)域，涉及一種基于FPGA實(shí)現(xiàn)GigE Vision協(xié)議進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信的方法。該方法通過對(duì)GigE Vison協(xié)議進(jìn)行精簡(jiǎn)，用硬件描述語言實(shí)現(xiàn)了GigE Vision協(xié)議的各個(gè)功能,該方法不僅降低了實(shí)現(xiàn)成本，同時(shí)運(yùn)行速度大大提升。該方法的步驟是：1)搭建網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)；2)建立數(shù)據(jù)收發(fā)通道；3)利用QSPI?FLASH芯片建立參數(shù)存儲(chǔ)區(qū)域；4)運(yùn)行底層協(xié)議；5)對(duì)GVCP協(xié)議的處理；6)對(duì)GVSP協(xié)議的處理。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于嵌入式通信領(lǐng)域，涉及一種基于FPGA實(shí)現(xiàn)GigE Vision協(xié)議進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信的方法。

背景技術(shù)

目前工業(yè)相機(jī)的通信方式主要包括1394接口，USB接口，ameraLink接口以及千兆網(wǎng)接口。

其中1394協(xié)議的通信速度為：800M/s，傳輸距離為30米；USB接口的通信速度為：5Gb/s，傳輸距離為：3米；CameraLink接口的通信速度為：5.4Gb/s,傳輸距離為：3～10米，需要電腦安裝采集卡；千兆網(wǎng)接口的通信速度為：1Gb/s，傳輸距離為：通過交換機(jī)，可以任意長(zhǎng)。其中,千兆網(wǎng)通信，以其傳輸距離遠(yuǎn)，傳輸速度較高的特點(diǎn)，組網(wǎng)設(shè)備數(shù)量多,無需數(shù)據(jù)采集卡的特點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用。主流工業(yè)相機(jī)廠家，國(guó)外如德國(guó)Balser、日本JAI、英國(guó)E2V，加拿大Dalsa，韓國(guó)Vieworks，國(guó)內(nèi)如大恒、嘉恒中自、微視圖像等，均有多款千兆網(wǎng)通信的工業(yè)相機(jī)產(chǎn)品。

工業(yè)相機(jī)能連接到千兆網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，必須運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議。TCP/IP協(xié)議，是整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行的協(xié)議基礎(chǔ)。在傳輸層的協(xié)議有TCP協(xié)議和UDP協(xié)議。TCP協(xié)議和UDP協(xié)議各具特點(diǎn)：TCP提供IP環(huán)境下的數(shù)據(jù)可靠傳輸，它提的服務(wù)包括數(shù)據(jù)流傳送、可靠性、有效流控、全雙工操作和多路復(fù)用。通過面向連接、端到端和可靠的數(shù)據(jù)發(fā)送。UDP則不為IP提供可靠性、流控或差錯(cuò)恢復(fù)功能；但是TCP對(duì)計(jì)算機(jī)資源消耗較多，UDP協(xié)議簡(jiǎn)單高效。

針對(duì)UDP協(xié)議與TCP協(xié)議各自的優(yōu)缺點(diǎn)，國(guó)際自動(dòng)成像協(xié)會(huì)(AIA)聯(lián)合各大機(jī)器視覺廠商，共同開發(fā)了GigE Vision通信協(xié)議。

GigE Vision協(xié)議模型如圖1所示。GigE Visoion協(xié)議基于已有千兆以太網(wǎng)通信協(xié)議開發(fā)，主要包括六個(gè)部分：

1.基于UDP協(xié)議的GigE Vision控制協(xié)議GVCP：該標(biāo)準(zhǔn)定義了如何對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制和組態(tài)。規(guī)定了相機(jī)和計(jì)算機(jī)之間發(fā)送圖像及配置數(shù)據(jù)的流通道和機(jī)制。

2.GigE設(shè)備發(fā)現(xiàn)機(jī)制：該機(jī)制提供了搜尋相機(jī)IP地址的方法。

3.GigE Vision流控制協(xié)議GVSP:該協(xié)議涵蓋了后數(shù)據(jù)類型的定義和通過GigE傳輸圖像的方法。

4.基于GenICam標(biāo)準(zhǔn)的XML描述文件，該數(shù)據(jù)表單提供了相機(jī)控制和圖像數(shù)據(jù)流訪問的權(quán)限

5.底層協(xié)議，如：UDP協(xié)議、ARP協(xié)議、ICMP協(xié)議；其中ARP協(xié)議用于得到目標(biāo)設(shè)備的MAC地址；UDP協(xié)議用于GVCP，GVSP協(xié)議數(shù)據(jù)包的封裝以及解封裝；ICMP協(xié)議主要用于檢測(cè)設(shè)備連接狀態(tài)。

6.硬件基礎(chǔ)，如千兆以太網(wǎng)。

國(guó)際自動(dòng)成像協(xié)會(huì)(AIA)指定該協(xié)議的初衷是，統(tǒng)一工業(yè)相機(jī)的千兆網(wǎng)通信協(xié)議，使不同的公司上位機(jī)軟件可以方便的控制不同品牌的工業(yè)相機(jī)，但是如何在工業(yè)相機(jī)上運(yùn)行GigE Vision協(xié)議進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信，這方面幾乎沒有相關(guān)記載。

目前一些高校和公司在開展這方面的研究。申請(qǐng)?zhí)枮?01510014943.4，發(fā)明專利為“基于千兆以太網(wǎng)視覺協(xié)議的以太網(wǎng)控制器IP核及方法”，該方案的思路是在FPGA內(nèi)部生成NIOSII軟核，充當(dāng)處理器，負(fù)責(zé)進(jìn)行任務(wù)調(diào)度，而具體的數(shù)據(jù)收發(fā)，封裝，仍由FPGA硬件邏輯語言實(shí)現(xiàn)。