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机器视觉总线之PCI与PCIe

时间:2013-06-09来源:机器视觉网http://shixinhua.com 作者:石鑫华 点击: 999999次

机器视觉总线之PCI与PCIe

在机器视觉领域,我们能接触到的采集卡有模拟图像采集卡、1394图像采集卡、USB扩展卡、GIGE千兆网卡、Camera Link图像采集卡等。这些采集卡大部分都是基于PCI、PCI-e总线的。因此我们先来了解一下PCI、PCI-e总线接口
 
PCI
一种由英特尔(Intel)公司1991年推出的用于定义局部总线的标准。此标准允许在计算机内安装多达10个遵从PCI标准的扩展卡。最早提出的PCI总线工作在33MHz频率之下,传输带宽达到133MB/s(33MHz * 32bit/s),基本上满足了当时处理器的发展需要。随着对更高性能的要求,后来又提出把PCI 总线的频率提升到66MHz,传输带宽能达到266MB/s。
 
PCI总线
PCI总线
 
普通PCI总线带宽一般为133MB/s(在32bit/33Mhz下)或者266MB/s(在32bit/66Mhz下)。对于普通的声卡、百兆网卡、Modem卡等扩展设备一般使用的是133MB/s的传输速率,这种设备的金手指特征一般是与PCI插槽对应(长-短),而对于部分PCI显卡、千兆网卡、磁盘阵列卡、USB2.0或者火线卡等需要较高带宽的PCI设备一般可以使用266MB/s的带宽,这种设备的特征是金手指一般是三段式(短-长-短)。
PCI总线型USB扩展卡
PCI总线型USB扩展卡
PCI总线型 1394A卡
PCI总线型 1394A卡
 
PCI的有效总带宽
 
PCI总线根据频率有33MHZ、66MHZ两种,总线带宽分别为133MBps、266MBps,根据其编码方式8b/10b方式,有效的数据带宽约为总带宽的80%,那么实际上PCI的数据带宽约为106.4MBps、212.8MBps。假如使用500万像素的工业 相机(如AVT Guppy Pro 503),其每帧图像的有效数据约为4.8MB,帧率为13FPS,则其每秒需要传递的数据量至少为4.8*13=62.4MBps。根据计算得到的数据,PCI总线如果是33MHZ的,最多只能使用1个500万像素的相机在全速下运行。2个相机要想全速运行则需要124.8Mhz以上的总线带宽(66MHz时可以满足)。
 
PCIe
PCI Express是新一代的总线接口。早在2001年的春季,英特尔公司就提出了要用新一代的技术取代PCI总线和多种芯片的内部连接,并称之为第三代I/O总线技术。随后在2001年底,包括Intel、AMD、DELL、IBM在内的20多家业界主导公司开始起草新技术的规范,并在2002年完成,对其正式命名为PCI Express。它采用了目前业内流行的点对点串行连接,比起PCI以及更早期的计算机总线的共享并行架构,每个设备都有自己的专用连接,不需要向整个总线请求带宽,而且可以把数据传输率提高到一个很高的频率,达到PCI所不能提供的高带宽。
 
PCI-e总线目前来看,分为三种标准,即PCI-e 1.X、PCI-e 2.X、PCI-e 3.X。PCI-e 1.0版本的的单通道的数据传输速度为2.5Ghz,使用8b/10b编码,有效数据带宽256MB;PCI-e 2.0版本的单通道数据传输速度为5Ghz,使用的也是8b/10b编码,有效数据带宽512MB;PCI-e3.0版本的单通道数据传输速度为8Ghz,使用提128b/130b编码,有效数据带宽接近1GB。以上提及的速度仅限一通道单向,如果是16通道,即PCI-E X16,则其双向带宽可分别达到8GB、16GB、32GB。这个对于 目前的工业 相机图像传输没有任何压力。
 
PCIe总线
PCIe总线
 
如果使用AVT Guppy Pro 503B 500万像素13帧的工业相机,则其每秒的数据传输量为62.4MBps,那么使用PCI-e2.0版本的X1一通道的总线,也能提供512MB的数据带宽,理论上可以连接8个这样的工业相机。
 
实际上有没有这么好的效果呢?因为1394、GIGE等接口总线都受数据包大小的限制。如1394B总线的最大数据包为8K,如果连接8个相机,理论上每个相机的数据包只能为1K,这样其采集速度大约仅仅只能到达1.5FPS。
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