Sviluppo di un’interfaccia Camera Link - FPGA Università degli studi di Trieste – Corso di laurea triennale in Ingegneria elettronica Sviluppo di un’interfaccia Camera Link - FPGA Anno accademico: 2003/2004 Laureando: Bojan Simoneta Relatore: Chiar.mo prof. Sergio Carrato Sviluppo di un’interfaccia Camera Link - FPGA

Università degli studi di Trieste – Corso di laurea triennale in Ingegneria elettronica Introduzione Scopo dell’elaborato: realizzare una scheda d’interfaccia tra la telecamera CLinkCam e la scheda XSA50; Sulla XSA50 è montato un dispositivo logico programmabile FPGA (Field Programmable Gate Array), che elabora le immagini e le visualizza sullo schermo VGA; Il controllo della telecamera avviene attraverso due linee seriali connesse al PC tramite il connettore RS232. Sviluppo di un’interfaccia Camera Link - FPGA

Schema a blocchi principale Università degli studi di Trieste – Corso di laurea triennale in Ingegneria elettronica Schema a blocchi principale Telecamera CLinkCam SCHEDA D’INTERFACCIA Scheda XSA50 (FPGA) Schermo VGA PC Sviluppo di un’interfaccia Camera Link - FPGA

Caratteristiche della telecamera Università degli studi di Trieste – Corso di laurea triennale in Ingegneria elettronica Caratteristiche della telecamera Interfaccia di comunicazione Camera Link; Frame rate = 24 immagini al secondo; Risoluzione dell’immagine = 640 x 480 pixel; Luminosità pixel quantizzata in 1024 livelli (dimensione pixel = 10 bit); Controllo seriale tramite 2 linee a velocità 9600 baud; 1 linea di controllo CC1 per richiedere la visualizzazione di una singola immagine. Sviluppo di un’interfaccia Camera Link - FPGA

Segnali di temporizzazione della telecamera Università degli studi di Trieste – Corso di laurea triennale in Ingegneria elettronica Segnali di temporizzazione della telecamera il segnale di clock (8 MHz); il segnale di sincronizzazione dei dati DVAL (data valid); Sviluppo di un’interfaccia Camera Link - FPGA

Segnali di temporizzazione della telecamera Università degli studi di Trieste – Corso di laurea triennale in Ingegneria elettronica Segnali di temporizzazione della telecamera il segnale di sincronizzazione delle linee LVAL (line valid); il segnale di sincronizzazione delle immagini FVAL (frame valid). Sviluppo di un’interfaccia Camera Link - FPGA

Interfaccia standard di comunicazione CameraLink Università degli studi di Trieste – Corso di laurea triennale in Ingegneria elettronica Interfaccia standard di comunicazione CameraLink Sviluppata da alcune compagnie che producono telecamere digitali; Si basa sulla comunicazione LVDS (Low Voltage Differential Signaling). Sviluppo di un’interfaccia Camera Link - FPGA

Segnali LVDS dell’interfaccia Camera Link Università degli studi di Trieste – Corso di laurea triennale in Ingegneria elettronica Segnali LVDS dell’interfaccia Camera Link 4 segnali per la trasmissione dei dati, 1 segnale di clock. Sviluppo di un’interfaccia Camera Link - FPGA

Tecnologia Channel Link Università degli studi di Trieste – Corso di laurea triennale in Ingegneria elettronica Tecnologia Channel Link Serie di integrati prodotti dalla National Semiconductor; Trasmettitori e ricevitori, che convertono 4 linee LVDS in 28 linee TTL/CMOS e viceversa. Sviluppo di un’interfaccia Camera Link - FPGA

Scheda d’interfaccia – Il connettore MDR26 Università degli studi di Trieste – Corso di laurea triennale in Ingegneria elettronica Scheda d’interfaccia – Il connettore MDR26 Connette la telecamera con la scheda d’interfaccia; 26 piedini (13 linee LVDS): 8 piedini per la trasmissione dei dati (4 canali); 2 piedini per il clock; 8 piedini per 4 segnali di controllo; 2 piedini per il segnale seriale verso la telecamera; 2 piedini per il segnale seriale verso il frame grabber; 4 piedini di protezione di massa. Sviluppo di un’interfaccia Camera Link - FPGA

Università degli studi di Trieste – Corso di laurea triennale in Ingegneria elettronica Scheda d’interfaccia – Il ricevitore LVDS per applicazioni Camera Link DS90CR286 E’ il duale del trasmettitore LVDS DS90CR285, che sta nella telecamera; Converte 4 canali LVDS di dati in 28 linee TTL/CMOS; Converte il canale LVDS del clock nella linea TTL/CMOS del clock; Alimentazione: +3.3V => livello logico alto in uscita = +3.3V; Tensione di modo comune LVDS d’ingresso = 1.2 V; Soglia della tensione differenziale LVDS d’ingresso = ±100mV. Sviluppo di un’interfaccia Camera Link - FPGA

Università degli studi di Trieste – Corso di laurea triennale in Ingegneria elettronica Scheda d’interfaccia – Il ricevitore LVDS per applicazioni Camera Link DS90CR286 Sviluppo di un’interfaccia Camera Link - FPGA

Università degli studi di Trieste – Corso di laurea triennale in Ingegneria elettronica Scheda d’interfaccia – Controllo seriale ed il segnale di controllo CC1 Trasmettitore LVDS a 2 linee DS90C401 per la trasmissione del segnale seriale e del segnale CC1 verso la telecamera ; Ricevitore duale DS90C402 per la ricezione del segnale seriale dalla telecamera. Sviluppo di un’interfaccia Camera Link - FPGA

Scheda d’interfaccia – Comunicazione seriale Università degli studi di Trieste – Corso di laurea triennale in Ingegneria elettronica Scheda d’interfaccia – Comunicazione seriale MAX232: converte i due segnali seriali SerTx e SerRx in due segnali, che si possono ricevere o trasmettere con il protocollo RS232; Un cavo null modem RS232 collega il connettore maschio a 9 poli della scheda con il PC; I byte di comando si trasmettono utilizzando il tool di comunicazione Hyper Terminal; Sviluppo di un’interfaccia Camera Link - FPGA

Scheda d’interfaccia – Costruzione Università degli studi di Trieste – Corso di laurea triennale in Ingegneria elettronica Scheda d’interfaccia – Costruzione ORcad Capture per fare lo schematico; ORcad Layout per creare i footprint dei componenti e per realizzare il layout; La basetta è stata costruita nei laboratori dell’Elettra; Alcuni componenti saldati nei laboratori dell’Elettra, alcuni nei laboratori della Facoltà. Sviluppo di un’interfaccia Camera Link - FPGA

Università degli studi di Trieste – Corso di laurea triennale in Ingegneria elettronica XSA50 - Componenti Dispositivi logici programmabili FPGA e CPLD; Memoria SDRAM; Memoria Flash; Generatore di clock programmabile; Switch e pushbotton; Display a 7 segmenti; Porta parallela da collegare al PC; Uscita VGA e ingresso PS/2. Sviluppo di un’interfaccia Camera Link - FPGA

Università degli studi di Trieste – Corso di laurea triennale in Ingegneria elettronica XSA50 – Schema a blocchi Sviluppo di un’interfaccia Camera Link - FPGA

Programmazione della FPGA Università degli studi di Trieste – Corso di laurea triennale in Ingegneria elettronica Programmazione della FPGA Si è scelto di programmarla in due modi: Utilizzando il linguaggio di programmazione VHDL; Disegnando uno schematico; Tool di programmazione: Project Navigator della Xilinx; Il tool esegue la sintesi, l’implementazione e genera il file da scaricare sulla scheda. Sviluppo di un’interfaccia Camera Link - FPGA

Software: schema generale Università degli studi di Trieste – Corso di laurea triennale in Ingegneria elettronica Software: schema generale Segnali da/verso SDRAM SDRAM CONTROLLER Dati dalla telecamera CONTROL SYSTEM Immagine da visualizzare VGA CONTROLLER Sviluppo di un’interfaccia Camera Link - FPGA

Software: SDRAM Controller Università degli studi di Trieste – Corso di laurea triennale in Ingegneria elettronica Software: SDRAM Controller Il controllo della memoria SDRAM (RAM dinamica e sincrona) è complesso; Lo SDRAM Controller gestisce la SDRAM e la fa sembrare una RAM statica facile da controllare; Per comandare le operazioni di scrittura e lettura si utilizzano i segnali di write e read enable; Dimensione bus indirizzi: 23 bit; Dimensione bus dati: 16 bit. Sviluppo di un’interfaccia Camera Link - FPGA

Software: VGA Controller Università degli studi di Trieste – Corso di laurea triennale in Ingegneria elettronica Software: VGA Controller Genera i segnali di sincronismo per la visualizzazione dell'immagine: Hsync: segnale di sincronismo orizzontale; Vsync: segnale di sincronismo verticale. Sviluppo di un’interfaccia Camera Link - FPGA

Software: VGA Controller Università degli studi di Trieste – Corso di laurea triennale in Ingegneria elettronica Software: VGA Controller converte i dati provenienti dalla SDRAM in dati di 6 bit che si possono visualizzare: Red: 2bit; Green: 2 bit; Blue: 2 bit. Sviluppo di un’interfaccia Camera Link - FPGA

Software: Control system - Introduzione Università degli studi di Trieste – Corso di laurea triennale in Ingegneria elettronica Software: Control system - Introduzione Controlla e gestisce gli altri 2 blocchi; E’ composto da 3 sottoblocchi: Write_control: legge i dati dalla telecamera e li memorizza nella SDRAM; Read_control: legge i pixel dalla memoria e li invia al VGA Controller; Address Control: è un multiplexer => sceglie gli indirizzi della SDRAM tra quelli di scrittura e lettura a seconda della posizione di uno switch posto sulla scheda XSA50. Sviluppo di un’interfaccia Camera Link - FPGA

Software: Control system - Schema Università degli studi di Trieste – Corso di laurea triennale in Ingegneria elettronica Software: Control system - Schema Sviluppo di un’interfaccia Camera Link - FPGA

Software: Control system – Diagramma di flusso Università degli studi di Trieste – Corso di laurea triennale in Ingegneria elettronica Software: Control system – Diagramma di flusso Scrittura nella SDRAM (wr=1) Switch = 1 Switch = 0 Lettura dalla SDRAM (rd=1) Sviluppo di un’interfaccia Camera Link - FPGA

Università degli studi di Trieste – Corso di laurea triennale in Ingegneria elettronica Conclusioni Test sulla parte hardware => Strumenti di misura: Oscilloscopio; Tester; Test sulla parte software => Si è creato un simulatore della telecamera che genera i segnali: Clock a 8 MHz LVAL; DVAL; Un’immagine a colonne verticale; Sviluppo di un’interfaccia Camera Link - FPGA