总线数据传输中的同步技术学习教案.pptx
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1、会计学1总线总线(zn xin)数据传输中的同步技术数据传输中的同步技术第一页,共46页。总线总线(zn xin)的数据传输方式的数据传输方式n n数据传输方式定义(dngy)了二进制数据流从一个设备到另一个设备的传送模式n n并行传输(Parallel)和串行传输(Serial)n n同步传输(Synchronous)和异步传输(Asynchronous)n n单工(Simplex)、半双工(Half-Duplex)和全双工通信(Full-Duplex)2023/2/262第1页/共46页第二页,共46页。并行传输并行传输(chun sh)和串行传输和串行传输(chun sh)n n并行传输
2、n n多个数据位同时在设备之间传输,形如多车道高速公路行驶的汽车,如8位ASCII码n n传输率高,成本高,适用于内部总线,两设备相距较远时,代价过高n n串行传输n n只有(zhyu)一条数据传输线,任意时刻只能传输1位二进制数n n传输速度慢,成本低,适用于远距离传输或近距离速度要求不高的应用场合2023/2/263第2页/共46页第三页,共46页。2023/2/264第3页/共46页第四页,共46页。同步同步(tngb)传输与异步传输传输与异步传输n n同步n n在通信过程中,发送(f sn)方和接收方必须在时间上保持一致才能准确的传输数据,这就叫做同步n n在传送由多个字符组成的数据块
3、时,不仅每个字符传输要保持同步,通信双方对信号的起、止时间也必须保持一致n n同步对应两种传输方式:同步传输和异步传输2023/2/265第4页/共46页第五页,共46页。同步同步(tngb)传输传输n n采用采用(c(c iyng)iyng)按位同步技术,以固定的时钟频率串行发送数字信号,字符之间有按位同步技术,以固定的时钟频率串行发送数字信号,字符之间有固定时间间隔,各字符中没有起始位和停止位固定时间间隔,各字符中没有起始位和停止位n n依据获得的时钟分量是源自信号内(信号本身)还是信号外,同步传输可分为:依据获得的时钟分量是源自信号内(信号本身)还是信号外,同步传输可分为:n n外同步外
4、同步n n发送端发送数据之前先向接收端发送一串进行同步的时钟脉冲;接收端收到同步发送端发送数据之前先向接收端发送一串进行同步的时钟脉冲;接收端收到同步信号后进行频率锁定,然后以同步频率为准接收数据信号后进行频率锁定,然后以同步频率为准接收数据n n自同步自同步n n发送端发送数据时将时钟脉冲作为同步信号包含在数据流中同时传送给接收端,发送端发送数据时将时钟脉冲作为同步信号包含在数据流中同时传送给接收端,接收端从数据流中辨别同步信号,再据此接收数据接收端从数据流中辨别同步信号,再据此接收数据2023/2/266第5页/共46页第六页,共46页。异步传输异步传输(chun sh)n n采用“群”(
5、组)同步技术。根据一定(ydng)的规则将数据分为不同的群(组),每一个群的大小是不确定的n n要求发送端与接收端在一个群内必须保持同步,发送端在数据前面加起始位,数据后面加停止位n n接收端通过识别起始位和停止位来接收数据2023/2/267第6页/共46页第七页,共46页。同步传输同步传输(chun sh)与异步传输与异步传输(chun sh)比较比较n n异步传输中发送异步传输中发送(f sn(f sn)方可以在任何时刻发送方可以在任何时刻发送(f sn(f sn)数据,而接收方从不知数据,而接收方从不知道数据什么时候到达道数据什么时候到达n n例子:键盘与主机之间的通信。按下一个键就发
6、送例子:键盘与主机之间的通信。按下一个键就发送(f sn(f sn)一个一个8bit8bit的的ASCIIASCII码,码,键盘可以在任意时刻发送键盘可以在任意时刻发送(f sn(f sn),主机内部的硬件必须能够在任意时刻接收这,主机内部的硬件必须能够在任意时刻接收这个代码个代码n n潜在问题:接收方不知道数据什么时候到达,当它检测到数据并做出响应之前,潜在问题:接收方不知道数据什么时候到达,当它检测到数据并做出响应之前,第一个第一个bitbit已经过去了已经过去了n n每次异步传输信息都以一个起始位开头,以给接收方响应、接收和缓存数据的时每次异步传输信息都以一个起始位开头,以给接收方响应、
7、接收和缓存数据的时间,传输结束再发送间,传输结束再发送(f sn(f sn)停止位停止位n n同步传输遵循先同步、再接收的原则,一旦检测到同步信号,就在接下来的数据同步传输遵循先同步、再接收的原则,一旦检测到同步信号,就在接下来的数据到达时接收它们到达时接收它们2023/2/268第7页/共46页第八页,共46页。n n同步传输通常要比异步传输快速得多,接收方不必对每组数据进行开始和停止的操作n n举例:一个典型的帧可能有500字节(4000 bit)的数据,采用同步传输,其中可能只包含100bit的开销(ki xio),增加的bit位使传输的bit总数增加2.5%;采用异步传输,bit总数增
8、加25%;并且随着数据帧中实际bit位的增加,开销(ki xio)bit所占的百分比将相应减少n n帧越大,占据传输介质的连续时间也越长,将导致其它用户等得太久n n异步传输实现简单,同步传输实现复杂2023/2/269第8页/共46页第九页,共46页。单工、半双工和全双工通信单工、半双工和全双工通信(tng xn)n n数据(shj)在通信线路上传输是有方向性的,根据某一时刻数据(shj)在通信线路上传输方向的不同可分为n n单工n n半双工n n全双工2023/2/2610第9页/共46页第十页,共46页。单工通信单工通信(tng xn)n n数据传输过程中,数据始终沿着同一个方向传输n
9、n为保证数据能够被正确传输,就需要(xyo)进行差错控制,因此单工通信采用二线制,即两个信道,主信道用于传输数据,另一个监测信道用于传送监测信号(接收数据正确与否)n n无线广播、有线广播和电视广播系统2023/2/2611第10页/共46页第十一页,共46页。半双工通信半双工通信(tng xn)n n在通信信道中,数据可以双向传输(chun sh),但是在任一时刻,数据只能向一个方向传输(chun sh)n n通信线路一端的通信设备既可以是信源,也可以是信宿。但是在任一时刻,要么是信源,要么是信宿,不可能既是信源,又是信宿n n通信线路两端的设备轮流发送数据2023/2/2612第11页/共
10、46页第十二页,共46页。n n半双工通信中也有监测信号的传输(chun sh),传输(chun sh)方式有两种:n n监测与数据传输(chun sh)共用一条信道,在相互应答时转换信道的功能n n数据传输(chun sh)信道与监测信道分开,有一条专门的信道供监测信号使用n n举例:计算机与外设的通信就是一种半双工通信2023/2/2613第12页/共46页第十三页,共46页。2023/2/2614全双工通信全双工通信(tng xn)n n在同一时刻,位于通信线路两端的每台设备(shbi)既是信源,又是信宿n n位于通信线路一端的设备(shbi)可以在同一时刻既接收数据,也发送数据第13页
11、/共46页第十四页,共46页。2023/2/2615全双工通信全双工通信(tng xn)n n在同一时刻(shk),位于通信线路两端的每台设备既是信源,又是信宿n n位于通信线路一端的设备可以在同一时刻(shk)既接收数据,也发送数据n n有些全双工通信系统采用频分复用技术,传输信道可以分成高频群信道和低频群信道,系统采用单线制就可以实现n n举例:电话系统,交换式以太网第14页/共46页第十五页,共46页。2023/2/2616单工单工半双工半双工全双工全双工第15页/共46页第十六页,共46页。2023/2/2617总线同步传输总线同步传输总线同步传输总线同步传输(chun sh)(chu
12、n sh)实例实例实例实例双目图像传感器同步双目图像传感器同步双目图像传感器同步双目图像传感器同步采集的实现采集的实现采集的实现采集的实现n n双目视觉,也称立体视觉,模拟人的双眼采用三角运算获得景物的深度(与摄像机之间的距离)信息n n要求(yoqi)左视图、右视图之间必须严格同步n n同步采集是双目立体视觉图像采集系统的一项关键技术第16页/共46页第十七页,共46页。2023/2/2618现有现有(xin yu)的双目同步采集的双目同步采集解决方案解决方案n n采用外加的同步采用外加的同步(tngb)(tngb)控制器或同步控制器或同步(tngb)(tngb)控制电路控制电路n n通常应
13、用于采用双摄像机或双照相机作为采集模块的双目立体视觉系通常应用于采用双摄像机或双照相机作为采集模块的双目立体视觉系统,不适用于采用传感器芯片的嵌入式系统统,不适用于采用传感器芯片的嵌入式系统n n选用具有主从级联功能或外同步选用具有主从级联功能或外同步(tngb)(tngb)时钟输入的时钟输入的CMOSCMOS图像传感图像传感器或视频器或视频A/DA/D(CCDCCD)n n主从式:通过主图像传感器芯片发同步主从式:通过主图像传感器芯片发同步(tngb)(tngb)信号给从片,可以较信号给从片,可以较为方便的实现双目图像采集的同步为方便的实现双目图像采集的同步(tngb)(tngb)n n外同
14、步外同步(tngb)(tngb)式:两个图像传感器芯片接受统一的外同步式:两个图像传感器芯片接受统一的外同步(tngb)(tngb)时钟,从而实现同步时钟,从而实现同步(tngb)(tngb)采集采集n n该类芯片大多停产,如果有也是专用芯片,价格高该类芯片大多停产,如果有也是专用芯片,价格高 第17页/共46页第十八页,共46页。2023/2/2619第18页/共46页第十九页,共46页。2023/2/2620第19页/共46页第二十页,共46页。2023/2/2621n nHREFHREF和和PCLKPCLK均均以以VSYNCVSYNC的的下下降降沿沿作作为为触触发发标标准准,因因而而只只
15、要要两两个个图图像像传传感感器器之之间间的的VSYNCVSYNC的的下下降降沿沿是是同同步步的的,则则它它们们之之间间的的HREFHREF和和PCLKPCLK也必然是是同步的也必然是是同步的n n双双目目图图像像采采集集之之间间的的同同步步与与两两个个图图像像传传感感器器之之间间的的VSYNCVSYNC下下降降沿之间的同步可以认为是完全等同的沿之间的同步可以认为是完全等同的n n严严格格同同步步的的RESETRESET(包包括括软软复复位位)并并不不能能够够保保证证两两个个图图像像传传感感器器的的VSYNCVSYNC下下降降沿沿之之间间的的同同步步,而而且且即即使使复复位位之之后后两两个个图图
16、像像传传感感器器的的VSYNCVSYNC的的下下降降沿沿达达到到同同步步,由由于于很很多多干干扰扰因因素素(yn(yn s)s)的的存存在在,在在图图像像对对采采集集过过程程中中VSYNCVSYNC的的下下降降沿沿还还是是会会重重新新进进入入不不同步的状态同步的状态第20页/共46页第二十一页,共46页。2023/2/2622n n图像传感器内部所有的时序逻辑关系都是根据外输入时钟CLK建立(jinl)起来的,因此可以通过调整CLK的方式实现两个图像传感器的同步控制n n如何实现?n nCLK1和CLK2是同一个有源晶振的输出n n如果当前帧的两个视图发现是不同步的,当前帧可以丢弃,甚至丢弃多
17、帧都可以,通过反复调节达到同步即可n n可以采用抑制超前时钟的方法 第21页/共46页第二十二页,共46页。2023/2/2623基于输入基于输入(shr)时钟抑制的双目图像采集同步方时钟抑制的双目图像采集同步方法法n n将将VSYNCVSYNC下下降降沿沿超超前前的的图图像像传传感感器器的的输输入入时时钟钟抑抑制制掉掉超超前前的的时时钟钟个个数数就就能能够够迫迫使使该该图图像像传传感感器器内内部部的的时时序序逻逻辑辑全全部部延延迟迟超超前前的的时时钟钟个个数数,从从而而(cng(cng r)r)达达到到与与VSYNCVSYNC下下降降沿沿落落后的图像传感器之间的同步后的图像传感器之间的同步
18、第22页/共46页第二十三页,共46页。2023/2/2624实现实现(shxin)步骤步骤n n判断两个图像传感器的判断两个图像传感器的VSYNCVSYNC下降沿之间是否下降沿之间是否有差异来断定是否同步有差异来断定是否同步n n如果如果(rgu(rgu)断定不同步,则判断出哪一个图像断定不同步,则判断出哪一个图像传感器超前,并利用传感器超前,并利用VSYNCVSYNC下降沿差异计数器下降沿差异计数器同时获取差异的时钟个数同时获取差异的时钟个数n n将超前的图像传感器的输入时钟(将超前的图像传感器的输入时钟(CLKCLK)抑制)抑制掉差异的时钟个数掉差异的时钟个数 第23页/共46页第二十四
19、页,共46页。2023/2/2625n n上述基本方案的问题:n n时钟差异计数器的计数范围不可能很大(计数范围越大越耗CPLD/FPGA资源)n n而某些严重的干扰(gnro)(如电源扰动,剧烈震动等)可能会导致两个图像传感器的VSYNC下降沿之间的差异时钟个数很大n n这种情况下仅靠VSYNC下降沿差异计数器无法在短时间内使两个图像传感器达到同步n n如何解决?n n可将VSYNC下降沿的同步过程分为粗同步和细同步两个阶段(粗调和微调)第24页/共46页第二十五页,共46页。2023/2/2626n n如如果果VSYNCVSYNC下下降降沿沿差差异异(chy)(chy)计计数数器器没没有有
20、溢溢出出,则则说说明明两两个个OV7141OV7141的的VSYNCVSYNC下下降降沿沿之之间间差差异异(chy)(chy)的的时时钟钟个个数数在在差差异异(chy)(chy)计计数数器器的的可可调调范范围围之之内内,直直接接按按照照差差异异(chy)(chy)计计数数器器的的计计数结果对超前的图像传感器进行输入时钟抑制数结果对超前的图像传感器进行输入时钟抑制细同步细同步(tngb)第25页/共46页第二十六页,共46页。2023/2/2627粗同步粗同步(tngb)n n如如果果差差异异计计数数器器溢溢出出,说说明明两两个个图图像像传传感感器器的的VSYNCVSYNC下下降降沿沿之之间间差
21、差异异较较大大(jio(jio d)d),超超出出了了细细同同步步的的调调节节范范围围,直直接接利利用用两两个个图图像传感器的像传感器的HREFHREF之间的差异对超前之间的差异对超前OV7141OV7141进行输入时钟抑制进行输入时钟抑制第26页/共46页第二十七页,共46页。2023/2/2628n n粗同步与细同步是互补的两个阶段,细同步无法应用的情况需要进行粗同步,而粗同步即使没有使得两个图像传感器的VSYNC下降沿之间在当前帧内获得严格同步,在下一帧还可以继续通过细同步来获得严格同步n n粗同步与细同步两个阶段紧密合作(hzu)就可以完成两个图像传感器的VSYNC下降沿之间的严格同步
22、进而实现双目图像对的同步采集工作第27页/共46页第二十八页,共46页。2023/2/2629基于输入时钟基于输入时钟基于输入时钟基于输入时钟(shzhng)(shzhng)抑制的双目图像采集同步的抑制的双目图像采集同步的抑制的双目图像采集同步的抑制的双目图像采集同步的实现实现实现实现端口定义端口定义端口定义端口定义 sensor_clksensor_clk:input;:input;sensor_rssensor_rs:input;:input;sensor_rs_f_pulsesensor_rs_f_pulse:input;:input;sensor2_vsyncsensor2_vsync
23、:input;:input;sensor2_hrefsensor2_href:input;:input;sensor1_vsync sensor1_vsync:input;:input;sensor1_hrefsensor1_href:input;:input;sensor1_clksensor1_clk:output;:output;sensor2_clksensor2_clk:output;:output;sync_idsync_id:output;:output;第28页/共46页第二十九页,共46页。2023/2/2630基于输入时钟抑制的双目图像采集同步基于输入时钟抑制的双目图像采集
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- 关 键 词:
- 总线 数据传输 中的 同步 技术 学习 教案
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