[发明专利]基于FPGA实现GigE Vision协议进行网络通信的方法

说明书

本发明属于嵌入式通信领域，涉及一种基于FPGA实现GigE Vision协议进行网络通信的方法。该方法通过对GigE Vison协议进行精简，用硬件描述语言实现了GigE Vision协议的各个功能,该方法不仅降低了实现成本，同时运行速度大大提升。该方法的步骤是：1)搭建网络通信系统；2)建立数据收发通道；3)利用QSPI‑FLASH芯片建立参数存储区域；4)运行底层协议；5)对GVCP协议的处理；6)对GVSP协议的处理。

技术领域

本发明属于嵌入式通信领域，涉及一种基于FPGA实现GigE Vision协议进行网络通信的方法。

背景技术

目前工业相机的通信方式主要包括1394接口，USB接口，ameraLink接口以及千兆网接口。

其中1394协议的通信速度为：800M/s，传输距离为30米；USB接口的通信速度为：5Gb/s，传输距离为：3米；CameraLink接口的通信速度为：5.4Gb/s,传输距离为：3～10米，需要电脑安装采集卡；千兆网接口的通信速度为：1Gb/s，传输距离为：通过交换机，可以任意长。其中,千兆网通信，以其传输距离远，传输速度较高的特点，组网设备数量多,无需数据采集卡的特点，得到了广泛的应用。主流工业相机厂家，国外如德国Balser、日本JAI、英国E2V，加拿大Dalsa，韩国Vieworks，国内如大恒、嘉恒中自、微视图像等，均有多款千兆网通信的工业相机产品。

工业相机能连接到千兆网络系统中，必须运行网络通信协议。TCP/IP协议，是整个通信网络的运行的协议基础。在传输层的协议有TCP协议和UDP协议。TCP协议和UDP协议各具特点：TCP提供IP环境下的数据可靠传输，它提的服务包括数据流传送、可靠性、有效流控、全双工操作和多路复用。通过面向连接、端到端和可靠的数据发送。UDP则不为IP提供可靠性、流控或差错恢复功能；但是TCP对计算机资源消耗较多，UDP协议简单高效。

针对UDP协议与TCP协议各自的优缺点，国际自动成像协会(AIA)联合各大机器视觉厂商，共同开发了GigE Vision通信协议。

GigE Vision协议模型如图1所示。GigE Visoion协议基于已有千兆以太网通信协议开发，主要包括六个部分：

1.基于UDP协议的GigE Vision控制协议GVCP：该标准定义了如何对设备进行控制和组态。规定了相机和计算机之间发送图像及配置数据的流通道和机制。

2.GigE设备发现机制：该机制提供了搜寻相机IP地址的方法。

3.GigE Vision流控制协议GVSP:该协议涵盖了后数据类型的定义和通过GigE传输图像的方法。

4.基于GenICam标准的XML描述文件，该数据表单提供了相机控制和图像数据流访问的权限

5.底层协议，如：UDP协议、ARP协议、ICMP协议；其中ARP协议用于得到目标设备的MAC地址；UDP协议用于GVCP，GVSP协议数据包的封装以及解封装；ICMP协议主要用于检测设备连接状态。

6.硬件基础，如千兆以太网。

国际自动成像协会(AIA)指定该协议的初衷是，统一工业相机的千兆网通信协议，使不同的公司上位机软件可以方便的控制不同品牌的工业相机，但是如何在工业相机上运行GigE Vision协议进行网络通信，这方面几乎没有相关记载。

目前一些高校和公司在开展这方面的研究。申请号为201510014943.4，发明专利为“基于千兆以太网视觉协议的以太网控制器IP核及方法”，该方案的思路是在FPGA内部生成NIOSII软核，充当处理器，负责进行任务调度，而具体的数据收发，封装，仍由FPGA硬件逻辑语言实现。