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如何使用FPGA和PCI总线实现天文图像实时采集与处理系统的设计
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本文档的主要内容详细介绍的是如何使用FPGA和PCI总线实现天文图像实时采集与处理系统的设计。
提出了一种基于FPGA和PCI总线的天文图像实时采集与处理系统设计；其包括硬件结构、FPGA数据获取和传输逻辑。该系统能够在FPGA中实现对最高峰值是660 MB／s，均值为200 MB／s，帧速率是2500帧／s的高速CMOS相机天文图像数据的实时采集和处理，并由桥接芯片PCI9656通过PCI总线传输给PC机进行进一步处理。
随着成像技术的不断发展和进步，与基于CCD（电荷耦合器件）成像技术的相机相比，基于CMOS（互补性金属氧化物半导体）成像技术的相机具有省电、响应速度快、反应驱动速度快、容易达到高像素以及可以随机调整观测者感兴趣的输出图像窗口、输出图像帧频高和输出图像数据速率高等特性，并且还具备体积小、制造方便和成本低等优势，因而在天文探索领域逐步得到了广泛的应用。然而，CMOS相机输出的数字化图像分辨率高、信息量大，使后续的传输、处理等过程的实现变得极为困难，从而给整个图像系统的设计与实现带来了巨大的挑战。如在某光学天文台地面观测站一个实时观测太阳黑子的工程项目中，所采用的符合CameraLink标准（一种高速数字图像接口标准）高速、高性能CMOS相机输出的天文图像数据输出最高峰值可达600 MB／s，均值为200 MB／s。为解决这些问题，笔者提出了一个系统设计，其基于FPGA（field program gate array）芯片，通过高效率的PCI（peripheral component interconnect）总线，构建了一个高性能的图像采集处理系统，能够完成该天文台的所需天文图像的实时采集和处理。
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