基于PCI总线的印品质量检测系统设计[图]

印品质量检测系统是一种基于视觉在线的检测系统，通过摄像机在线扫描印品图像，然后送至内存通过图像处理软件处理，结果与标准数据比较，找出两者之间的差异并分析产生误差原因，进而重新设计参数。实际中，通常需要对大面积印品进行高精度的检测，而单个摄像头只适于摄取小范围的图像，为了保证精度、同步测量、协作状态检测，本文使用了多个CCD摄像头同步获取不同位置信息，利用CPLD的逻辑控制功能配合PCI总线以DMA方式同步传输数据供上层的应用软件对采集到的数据进行实时处理。从而很好地满足尺寸、精度和实时性的要求。

2 系统硬件结构与工作原理

系统框图如图1所示，该图像采集系统由四路CCD相机、PCI图像采集卡和计算机组成。其中，四路高速CCD摄相机同步获取大面积被检测印纸图像信息；PCI多路采集卡由PCI接口芯片、配置EEPROM、CPLD逻辑控制芯片、高速缓存(FIFO)、视频解码芯片等构成，主要实现CCD图像的采集、缓存和传输；PC机完成采集工作的控制、图像数据的传输控制、图像处理、存储及在显示器上显示的功能。

其工作原理如下：PC机应用程序通过PCI总线向CPLD控制逻辑电路发出“采集开始”命令，CPLD控制逻辑收到开始采集指令后通过虚拟I2C总线控制方式来控制四路视频解码器开始解码，解码后同步输出的高速图像数据及同步信号到FIFO数据输入端缓存，当存储空间将要满时，向PCI总线控制器发出中断请求信号，PCI总线控制器将中断信号转发到PCI图像采集卡，PC机响应此中断信号，通过PCI总线控制器读取FIFO中的数据，直至读取FIFO空为止，数据经由PCI总线，以DMA方式将图像数据快速送入计算机的内存缓冲区，由应用程序根据需要提供对其进行数据图像处理，及在屏幕上显示处理后的结果。

系统由硬件部分和软件部分构成。硬件部分设计主要指四路CCD摄像机图像采集卡的电路设计、CPLD的逻辑控制功能设计；软件部分设计包括底层的设备驱动程序设计和上层的应用程序设计，其功能是控制硬件电路实现对四路CCD图像数据的采集、图像处理、存储和显示。

3 系统各功能模块介绍

3.1 CCD选型

CCD器件采用加拿大DALSA公司的IL-E2线阵2048像素的TDICCD，它以3500行/s速度对印品逐行扫描。四路CCD相机通道同步采样，采样信号数据块大小默认为：20484150=1.17Mb。这里150为扫描行数（根据五号字体计算得出），行数程序可调，即扫描块面积可调。扫描这样一幅图像所需要的时间为150/3500=42.85ms。

3.2 PCI接口设计 　　

PCI接口是外部总线与PCI总线的通信接口，完成PCI总线与外部总线间的通信，PCI总线协议复杂，接口电路实现比较困难。目前实现PCI接口的方案一般分为两种：一种是全部用可编程逻辑器件完成；另一种是用PCI接口芯片与逻辑电路配合实现。相对而言，后者设计简单，开发周期短，兼容性好。本系统采用AMCC公司专用的PCI接口芯片AMCCS5933，其复杂的PCI接口规范完全由S5933实现，只需将其PCI接口信号与PCI总线相连，不需要额外的驱动电路，从而加快了设计进程。

采集卡利用S5933通过DMA实现采集数据的实时传输。S5933支持3个物理总线接口，PCI总线、ADD-ON总线及一个可选的非易失性存储器总线接口，其中PCI接口完全符合PCI总线规范，它的引脚和PCI总线信号一一对应，用户可以根据自己的需要选择其中部分管脚和总线相连。用户真正所需要做的就是设计S5933与ADD-ON总线接口相连接的逻辑电路和配置空间的初始化，而不用去考虑PCI总线规范上面众多的协议。

3.3 视频解码器 　　

采用Philps公司提供的可编程数字图像视频解码芯片SAA7110对视频图像信号进行采集，它应用I2C总线的配置方式。内部包括6通道的模拟输入，能实现视频源的选择、模数变换、自动嵌位、自动增益控制、抗混叠滤波、多制式(PAL、PALN、PALM、NTSCM、NTSC-Japan、NTSC4.43和SECAM)解码、放大或缩小数字图像以及亮度、饱和度和对比度的控制等。为视频采集系统的设计与实现提供了极大的方便。

3.4 高速缓存(FIFO) 　　

高速缓存FIFO，在CCD输出信号和S5933之间作为数据缓冲，防止数据的丢失。采用IDT公司的双端口异步FIFO IDT7207作为外接FIFO，其容量为32k×9bit(其中8bit是数据，1bit是做奇偶校验)。该FIFO具有很高的存取速度(12ns)；标准的满标志位(FF)、空标志位(EF)，可禁止数据继续写入或读出。同时，还有可编程快满标志(PAF)以及可编程快空标志(PAE)。

3.5 CPLD逻辑控制电路设计