目前嵌入式系统中元器件互连有许多方法,但高速总线主要还是 RapidIO,以太网PCIE。其中 PCIE 总线以其高带宽,高可靠性以及高稳定性而得到广泛应用,如存储器,服务器,HBA 和网络设备 等。这里主要讨论 PCIE 总线在视频采集卡上的应用,其实视频采集卡也是 HBA 的一种,也是实现主机和外设之间的协议转换。


视频采集卡是将模拟摄像机,录像机,电视机等输出的视频数据输入电脑,转换成电脑可以识别的数字数据,存储以及编辑处理。按照用途可以分为广播级,专业级和民用级视频采集卡。按物理通道可以分为单通道,双通道,4 通道以及八通道视频采集卡。视频采集卡硬件框图如下图。

 

图一:视频采集卡硬件架构

 

 

四通道 HDMI 视频采集卡如图二:

 

图二:HDMI 视频采集卡

 

 

图一是目前视频采集卡非常主流的硬件架构,Vedio Engine 包括视频编解码器FPGA,协议以及算法都由 FPGA 来实现,后面通过 FPGA 的 Serdes 接口送出到电脑,采用 X4 PCIE2.0 总线协议。世强市场经理表示:PCIE 总线发展到现在经历了 3 代,分别是 GEN1 2.5GT/S, GEN2 5GT/S, GEN3 8GT/S,如果设置成 X4,GEN2 就可以满足 20GT/S 的带宽,基本可以满足目前主流高清带宽需求,所以主流的视频采集卡都采用 PCIE2.0。


如果是四通道视频采集卡,视频编解码器当然是四路,但 FPGA 将会有多种方案,如 1 个 FPGA,2 个 FGPA 或 4 个 FPGA 方案,2 个 FGPA 方案使用率 很低,性价比无任何优势。采用 1 个 FPGA 方案,FPGA 就需要 4 条 Serdes,目前 FPGA 在集成多个 Serdes 核方案的器件价格昂贵,不光是 Serdes 核的增加,IO 资源也会相应增加,但视频采集卡由于成本压力,不可能采用这么高端的 FPGA,所以采用另一种方案比较多,也是目前主流方案, 具体如图三:

 

图三:四通道视频采集卡硬件架构

 

 

图三方案中加上了 PLX PCIE Switch,有哪些优势:
• PLX 高兼容性可以满足所有客户需求,客户如果使用 FPGA 开发,会存在一个风险就是不同处理器的兼容性问题,使用 PLX Switch 方案后,完全不用考虑这样的风险。
• 使用 PLX Switch,同样可以实现 FPGA 之间数据交互,而不需要经过 CPU,减少延迟,提高整体性能。
• 可以大大减少成本。
• PLX Switch 在视频采集卡上工作在透明桥模式,不需要任何驱动。
• 加入 PCIE Switch 后,可以解决 FPGA 的逻辑代码移植问题。2 通道,4 通道以及 8 通道,如果采用图二方案,这个时候逻辑代码会有大的改动,工作量增大,如果采 用图三方案,将不存在该问题,不管是高端还低端采集卡,FPGA 每一路的逻辑代码都完全一致,增加一路只需要在 Switch 选择上有差异,而软件无任何差 异,可移植性高,减少开发难度,加速板卡上市时间。


针对图三中主流的四通道架构,PLX Switch 可以选择 PEX8608,客户如果有更多通道需求,如八通道,建议选择 PEX8618,但具体要根据客户数据量来决定,系统架构完全一致,对项目来说,只需要更换 PCIE Switch 就可以满足不同应用需求,软件方面无需改动,加速上市时间,抢占市场。