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系统集成与总线技术——计算机总线技术
• 上述基本方案的问题：
– 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）
– 而某些严重的干扰（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
– 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
– 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bit已经过去了
– 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间，传输结束再发送停止位
• 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
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sensor2_vsync sensor2_href sensor1_vsync sensor1_href
sensor1_clk sensor2_clk
sync_id
: input; : input; : input;
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系统集成与总线技术——计算机总线技术
同步传输与异步传输比较
• 异步传输中发送方可以在任何时刻发送数据，而接收 方从不知道数据什么时候到达
– 例子：键盘与主机之间的通信。按下一个键就发送一个8bit的 ASCII码，键盘可以在任意时刻发送，主机内部的硬件必须能 够在任意时刻接收这个代码
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系统集成与总线技术——计算机总线技术
• 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
– 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，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 增加25%;并且随着数据帧中实际bit位的增 加，开销bit所占的百分比将相应减少
和全双工通信（Full-Duplex）
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并行传输和串行传输
• 并行传输
– 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
– 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
• 串行传输
– 只有一条数据传输线，任意时刻只能传输1位二 进制数
全双工通信
• 在同一时刻，位于通信线路两端的每台 设备既是信源，又是信宿
• 位于通信线路一端的设备可以在同一时 刻既接收数据，也发送数据
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全双工通信
• 在同一时刻，位于通信线路两端的每台 设备既是信源，又是信宿
• 位于通信线路一端的设备可以在同一时 刻既接收数据，也发送数据
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系统集成与总线技术——计算机总线技术
实现步骤
• 判断两个图像传感器的VSYNC下降沿之 间是否有差异来断定是否同步
• 如果断定不同步，则判断出哪一个图像 传感器超前，并利用VSYNC下降沿差异 计数器同时获取差异的时钟个数
• 将超前的图像传感器的输入时钟（CLK ）抑制掉差异的时钟个数
• 如何解决？
– 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）
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系统集成与总线技术——计算机总线技术
细同步
• 如果VSYNC下降沿差异计数器没有溢出，则 说明两个OV7141的VSYNC下降沿之间差异的 时钟个数在差异计数器的可调范围之内，直接 按照差异计数器的计数结果对超前的图像传感 器进行输入时钟抑制
• 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
• 举例：电话系统，交换式以太网
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发
数据流
接
送
传输信道
收
端
监测信号
端
单工
发
数据流
接
送
传输信道
收
端
监测信号
端
半双工
数据流
传输信道
发
监测信号
系统集成与总线技术——计算机总线技术
总线的数据传输方式
• 数据传输方式定义了二进制数据流从一 个设备到另一个设备的传送模式
– 并行传输（Parallel）和串行传输（Serial） – 同步传输（Synchronous）和异步传输
（Asynchronous） – 单工（Simplex）、半双工（Half-Duplex）
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系统集成与总线技术——计算机总线技术
异步传输
• 采用“群”（组）同步技术。根据一定 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
• 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
• 接收端通过识别起始位和停止位来接收 数据
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系统集成与总线技术——计算机总线技术
• 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
• 如何实现？
– CLK1和CLK2是同一个有源晶振的输出 – 如果当前帧的两个视图发现是不同步的，当
前帧可以丢弃，甚至丢弃多帧都可以，通过 反复调节达到同步即可 – 可以采用抑制超前时钟的方法
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系统集成与总线技术——计算机总线技术
单工通信
• 数据传输过程中，数据始终沿着同一个 方向传输
• 为保证数据能够被正确传输，就需要进 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）
• 无线广播、有线广播和电视广播系统
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CLK_IN1 CLK_IN2 VSYNC1 VSYNC2 Overflow
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粗同步
• 如果差异计数器溢出，说明两个图像传感器的 VSYNC下降沿之间差异较大，超出了细同步
的调节范围，直接利用两个图像传感器的 HREF 之 间 的 差 异 对 超 前 OV7141 进 行 输 入 时 钟抑制
– 在传送由多个字符组成的数据块时，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
– 同步对应两种传输方式：同步传输和异步传 输
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同步传输
• 采用按位同步技术，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
• 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
• 异步传输实现简单，同步传输实现复杂
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系统集成与总线技术——计算机总线技术
• 异步传输是面向字符的传输，而同步传 输是面向比特的传输
• 异步传输的单位是字符，而同步传输的 单位是帧
• 异步传输通过字符起止的开始和停止码 抓住再同步的机会，而同步传输则是以 数据中抽取同步信息
CLK_IN1 CLK_IN2 VSYNC1 VSYNC2 Overflow
HREF1 HREF2
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• 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
• 异步传输对时序的要求较低，同步传输 往往通过特定的时钟线路协调时序
• 异步传输相对于同步传输效率较低
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单工、半双工和全双工通信
• 数据在通信线路上传输是有方向性的， 根据某一时刻数据在通信线路上传输方 向的不同可分为
– 单工 – 半双工 – 全双工
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• 半双工通信中也有监测信号的传输，传 输方式有两种：
– 监测与数据传输共用一条信道，在相互应答 时转换信道的功能
– 数据传输信道与监测信道分开，有一条专门 的信道供监测信号使用
• 举例：计算机与外设的通信就是一种半 双工通信
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系统集成与总线技术——计算机总线技术
• 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：
– 外同步
• 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
– 自同步
• 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
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半双工通信
• 在通信信道中，数据可以双向传输，但 是在任一时刻，数据只能向一个方向传 输
• 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
• 通信线路两端的设备轮流发送数据
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系统集成与总线技术——计算机总线技术
基于输入时钟抑制的双目图像采 集同步方法
• 将VSYNC下降沿超前的图像传感器的输入时 钟抑制掉超前的时钟个数就能够迫使该图像传 感器内部的时序逻辑全部延迟超前的时钟个数 ，从而达到与VSYNC下降沿落后的图像传感 器之间的同步