基于MicroChip FPGA VIDEO-DC-CXP板卡CoaXPress Device接口测试

基于MicroChip VIDEO-DC-CXP板卡CoaXPress测试

目录

[1 简介 3](#1 简介 3)

[1.1 CoaXPress 简介 3](#1.1 CoaXPress 简介 3)

[2 产品概述 5](#2 产品概述 5)

[2.1 PCIe-1004 4 Channel CoaXPress Frame Grabber 5](#2.1 PCIe-1004 4 Channel CoaXPress Frame Grabber 5)

[2.2 VIDEO-DC-CXP（CoaXPress FMC） 7](#2.2 VIDEO-DC-CXP（CoaXPress FMC） 7)

[3 操作说明 8](#3 操作说明 8)

简介

CoaXPress 简介

CoaXPress (简称CXP)是指一种采用同轴线缆进行互联的相机数据传输标准，主要用于替代之前的Camera Link协议，常见于科学相机、工业相机、医学图像、航空防务等场景。Camera Link 由于线缆的形式、传输速度等原因，已经不再适用于不断增长的数据带宽需求。

CXP是一个非对称的高速点对点串行传输协议，主要用于传输视频和静态图像，线缆多使用单条或多条同轴电缆。目前2.0标准的最高速度为单条lane 12.5Gbps，单条lane 上除了传输图像数据之外，还可以传输低速控制信号(41.6Mbps)、也可以利用该线缆对相机进行供电，即"Power-over-Coax"，单条线缆最长可达100m。

• 单条同轴线缆最高 12.5Gbps 的线速率 ，可以使用单条或者多条线缆 ，比如 4 条线缆可以最高提供 50Gbps 的数据速率
• 较长的线缆长度，比如 3.125 Gbps 速率下线长可以到 100m，12.5Gbps速率下可以到35m
• 数据传输具备实时和低延迟的特性 ，且延迟是固定的
• 精准实时的触发特性 ，支持通过同轴线缆发送触发 ，无需额外的通讯线缆
• 可以获得灵活可靠的性能 ，通过使用标准的同轴线缆 ，比如 RG59 和 RG6 规格，推荐使用 RG6
• 易于集成的特性 ， 图像、控制通讯、 电源可以使用同一条线缆 ，且线缆价格便宜

CXP 是一种点对点可扩展接口, 设备和 HOST 之间的物理介质为 75Ω 同轴电缆。每一个 CXP接口都包含 1 个 MASTER 连接和若干可选的扩展 SLAVE 连接，每一个连接都需要 1 条同轴线缆 ，通常设备会对这些连接进行编号 ， MASTER 固定为 0 ， SLAVE 扩展接口依次递增。

图 -1 CXP链接结构

每一个connection都包含如下功能：

• 高速串行数据(通常为Device到 Host Downconnection), 最高 12.5 Gbps.
• 低速串行数据(通常为Host 到Device Upconnection), 最高 41.6˙ Mbps .
• 供电功能Power (Host 到 Device), 最高13W.

图 -2 DownConnection 与Upconnection

表 -1CoaXPress 支持的高速信号速率

|---------------|---------------------|
| CXP Speed | Bit Rate (Gbps) |
| CXP-1 | 1.250 |
| CXP-2 | 2.500 |
| CXP-3 | 3.125 |
| CXP-5 | 5.000 |
| CXP-6 | 6.250 |
| CXP-10 | 10.000 |
| CXP-12 | 12.500 |

产品概述

星测电子提供适配任意FPGA平台的CoaXPres 系列产品，我们对Xilinx、Microchip、复旦微电子、易灵思等平台均进行了充分或者部分的验证。致力于为客户提供世界领先的视觉方案。

PCIe-1004 4 Channel CoaXPress Frame Grabber

重庆星测电子的PCIe-1004 4 Channel CoaXPress Frame Grabber是一款专为工业成像应用设计的高性能四通道 CoaXPress (CXP) 图像采集卡。该板卡支持最新的 CoaXPress V2.0 标准，能够通过单根同轴电缆同时传输高速图像数据和电源（Power over CoaXPress, PoCXP），简化了系统集成与布线复杂度。此外，它还提供了丰富的外部接口与内部扩展接口，满足多种工业自动化需求。

PCIe-1004 采用 Xilinx Kintex UltraScale FPGA 作为核心处理单元，提供强大的实时图像预处理能力与灵活的用户逻辑扩展选项。配合高达 4GB DDR4 SDRAM 的板载内存，确保即使在高帧率、大数据量的应用场景下也能流畅运行。

板卡功能：

• 支持四路独立 CXP 2.0 输入，每通道带宽可达 12.5Gbps；
• 内置 PoCXP 功能，支持通过同轴电缆对相机供电，最大功率17W每通道；
• 提供 Aravis SDK和GenTL Producer SDK，兼容主流机器视觉软件平台；
• 配备丰富的 External I/O 接口（如 RS-485、光耦隔离输入/输出、LVDS、TTL），适用于复杂工业环境。

图 -1 PCIe-1004接口图

1. 26 Pin I/O：面板上26 针输入/输出(I/O)接口，提供外部数字信号输入/输出。。
2. LED×4：四颗 LED 指示灯。
3. HDBNC 12.5Gbps ×4：四个 CoaXPress HDBNC 接口，支持 CXP-12 标准，单通道最高传输速率 12.5 Gbps。可连接最多四台 CoaXPress 相机，实现高分辨率、高速图像采集。支持 PoCXP 功能，为相机提供 24V 供电。
4. External I/O：外部 I/O 扩展接口，用于连接额外的触发信号、编码器、用户自定义控制线等。。
5. PCIe Gen3 x8 主板连接插槽：采用 PCIe Gen3 x8 物理接口，满足多相机高速数据回传需求。
6. ATX power supply interface 6-pin： PCIe 辅助电源接口，用于接入 ATX 电源，为 PoCXP 功能提供额外+12V 输入。当启用 CoaXPress 相机的 PoCXP 供电时，必须连接此电源，否则无法为相机供电。

VIDEO-DC-CXP（CoaXPress FMC）

CoaXPress 板卡支持 12.5G CoaXPress PHY，并包含开箱即用的参考设计，便于快速原型开发。Microchip 的 CoaXPress FMC 子卡是用于评估和测试 CoaXPress 协议的硬件评估平台。该套件专为轻松实现主流成像与视频协议原型开发而设计，支持的协议包括 MIPI CSI-2 TX、MIPI CSI-2 RX、HDMI 1.4 TX、HDMI 2.0、DSI 以及 HD/3G/6G/12G SDI。套件配备了拥有 30 万逻辑单元（LE）的 PolarFire FPGA，并集成 DDR4 和 SPI-flash，非常适合中等带宽的成像与视频应用。

图 -2 VIDEO-DC-CXP

板卡特性：

• 12.5G CoaXPress PHY
• 采用 FCSG325 封装的 100K 逻辑单元（LE）PolarFire 器件
• Amphenol FCI 连接器
• 1 个 Micro BNC 连接器 -- TX（发送）
• JTAG -- 编程接口（FP4）

操作说明

软件准备：

• 重庆星测电子------ImgGrab
• MicroChip------FlashPro Express

在MicroChip官网下载板卡配套的.job文件。使用JTAG连接VIDEO-DC-CXP与主机，使用CXP线缆连接VIDEO-DC-CXP与PCIe-1004，并为VIDEO-DC-CXP板卡供电。可以使用外部电源适配器对FMC子卡进行供电，也可以使用CXP线缆供电，使用J7的跳线帽来选择供电方式。下图为使用电源适配器对板卡进行供电。

图 -1 硬件连线

图 -2 FlashPro Express 软件界面

点击"New"，并在弹出的对话框中选中下载的job文件，选择一个文件夹用于存放工程，最后点击OK完成配置。

图 -3 新建Job Project

点击OK后，会弹出新的对话框，在新的对话框中点击RUN，开始烧录程序。

图 -4 开始烧录

图 -5 烧录成功

打开ImgGrab，软件会自动刷新设备。

图 -6 ImgGrab界面

PCIe-1004可以成功识别到VIDEO-DC-CXP板卡并完成控制、采集，由于缺少摄像头，所以看起来没有图像数据。