引　言

随着电子信息技术的不断进步，人工智能、医

疗器械、机器视觉等领域都在高速发展 [1] ，工业相机

是机器视觉系统中的一部分 [2] ，对工业相机而言，传

输图像的速率、传输过程的抗干扰能力是其关键，

工业相机需在特定环境下持续工作，高速视频传输

技术在此场景下至关重要。

FPGA （ Field Programmable Gate Array ），现场

可编程门阵列器件内部含有丰富的可编程逻辑结

构，具有数据并发处理、数据实时处理、高速传输接

口等特点 [3] ，使其在图像采集领域得到了广泛的应

用。国内外在图像传输过程中采用以太网作为传

统传输方案，但该技术存在丢包率高的问题，部分

系统转向非标准化协议导致其不易推广，在缓存方

面，采用 RAM （ Random Access Memory ），使得传输

速率大大降低。 GTH （ Gigabit Transceiver ）高速串

行收发器具有低功耗、高速数据传输、时钟恢复等

特点 [4] ，可以实现 10 Gbps 以上的传输，因此， GTH

在图像传输、通信等领域得到广泛应用。文中针对

工 业 相 机 传 输 速 度 慢 、传 输 质 量 差 等 问 题 ，采 用

Xilinx ZYNQ UltraScale+ 系列芯片，结合 GTH 收

发器实现对图像数据的高速采集传输系统。

1 系统总体方案设计

系 统 使 用 Xilinx 公 司 型 号 为 XCZU5EV ⁃

2SFVC784I 的 ZYNQ UltraScale+ 系列芯片。芯片

PS 端 集 成 四 个 ARM Cortex ™ ⁃ A53 和 两 个 ARM

Cortex™⁃R5 处理器 [5] 。

数据流图如图 1 所示。系统使用 OV5640 作为

图像采集模块，像素配置为 RGB565 格式， PS 端对

SCCB （ Serial Camera Control Bus ）总线进行参数配

置 ， FPGA 进 行 DVP （ Digital Video Port ）图 像 采

集 [6] 。 OV5640 采集的图像数据经过 FIFO （ First In

First Out ）缓存后输出到板载的 GTH 光口，对视频

数据进行回环高速传输，传输结束后，对传输过程

中由于频率误差导致的偏移进行对齐，将对齐后的

数据通过 FIFO 缓存传入 DDR4 （ Double Data Rate ）

缓存单元中。根据需要从 DDR4 中读取图像数据到

HDMI （ High Definition Multimedia Interface ）模 块

显示。