1. FPGA功能设计

   
   

上图所示的是FPGA图像处理基板的逻辑功能框图，图中左侧是背板接头，FPGA与背板接头相连的信号主要包括8路3.125G高速数据通道、1路1.3G高速双向数据通道、2路时钟信号和图像同步H/V输入与输出信号。

FPGA的右侧是2个PCIe x8接头，用于与图像子板对连，可以连接2块图像接口子板。每个图像接口子板上有2路图像接口，可以将2路24位RGB图像数据输入或输出到FPGA内。

FPGA图像处理基板上包括MCU，此MCU用于初始化和配置FPGA和2块图像子板上的图像接口芯片，同时MCU也与背板连接，向主控板报告图像接口板的工作状态或接收主控板发来的控制指令。

2.电路板结构与功能

系统中电路板包括如下几种：

（1） 图像输入板

（2） 图像输出板

（3） 17x17背板

（4） 主控板

（5） 面板

（1）图像输入板

图像输入板是由FPGA图像处理基板与2块双口图像子板组成，如上图所示。FPGA图像处理基板是将4路RGB 24位并行图像数据采集到FPGA中，经过FPGA处理后，通过8路3.125G高速差分信号传输给背板。4路RGB 24位图像数据分成2组，每组连接一个双口图像子板。双口图像子板的主要功能是将不同格式的输入图像信号，例如CVBS、VGA、DVI等信号，通过图像接口芯片，转换成RGB并行数据。

每块图像输入板上可以装配2片双口图像子板，即支持4路图像输入。不同的双口图像子板可以任意搭配安装，因此可以灵活配置不同的输入信号。

双口图像子板包括CVBS、VGA、DVI、HDMI、DP、HD-BaseT、LAN等多种图像信号输入子板。每路输入图像采用2路3.125G高速差分信号传输，可以支持到6.25G带宽的图像数据。6.25G的数据带宽可支持4K2K的图像传输与交换。

（2）图像输出板

图像输出板采用与图像输入板相同的结构，即如图1所示，所不同的是FPGA图像处理基板上的FPGA是采用8路3.125G高速差分对信号输入图像数据。这些图像数据信号经过FPGA处理后，再连接2片双口图像输出子板。

（3）17x17背板

17x17背板可以安装在一个3U高的标准工控机箱里，图像输入板和图像输出板、主控板采用水平安装。左侧的背板接头J1、J2、J3和J4插接图像输入板，右侧的背板接头J5、J6、J7和J8插入图像输出板。 左侧下方J9和J10插入主控板，如图2所示。右侧下方安装电源。

拼墙矩阵处理器

（4）主控板

主控板逻辑结构如图3所示。主控板的核心是一颗FPGA与一片MCU，图5中左侧是背板接头，FPGA上有4路3.125G高速数据通道与背板接头相连，通过18路1.3G PHY实现FPGA与背板之间的18路1.3G高速双向数据通道。

另外，FPGA还产生图像同步H/V的信号源，并通过背板接头传递给其他所有图像输入输出板。FPGA的右侧是对外连接接口，主要包括2路千兆网络接口和一路10G光纤接口，这3路接口可以和上位机连接，或与其他图像转换盒连接，实现主控操作或图像输入输出。

MCU的I2C、UART、GPIO等信号也与背板接头连接，用于初始化或配置背板、及背板上的输入输出板。MCU也可以将RS232或RS485等接口连接到外部主控设备上，实现对处理器的操作与控制。

主控板上还有一片256Gb的Flash芯片，可以用来保存图片数据或其他数据，另外还包括一个SD卡插座，可以插入SD内存卡，用来保存图片等数据，这里的图片数据可以用于背景图像显示，这些图片可以通过1.3G的高速数据通道传输给图像输入输出板