智能代码分块与检索系统：从向量化到语义搜索的工程实践
2026/6/22 13:22:36
商业航天与CoaXPress (CXP)
PCIe-1005 4通道CoaXPress相机模拟器-重庆星测电子科技有限责任公司
CoaXPress 简介
CoaXPress (简称CoaXPress)是指一种采用同轴线缆进行互联的相机数据传输标准，主要用于替代之前的Camera Link协议，常见于科学相机、工业相机、医学图像、航空防务等场景。Camera Link 由于线缆的形式、传输速度等原因，已经不再适用于不断增长的数据带宽需求。
CoaXPress是一个非对称的高速点对点串行传输协议，主要用于传输视频和静态图像，线缆多使用单条或多条同轴电缆。目前2.0标准的最高速度为单条lane 12.5Gbps，单条lane 上除了传输图像数据之外，还可以传输低速控制信号(41.6Mbps)、也可以利用该线缆对相机进行供电，即“Power-over-Coax”，单条线缆最长可达100m。
- 单条同轴线缆最高12.5Gbps的线速率，可以使用单条或者多条线缆，比如4条线缆可以最高提供50Gbps的数据速率
- 较长的线缆长度，比如3.125 Gbps 速率下线长可以到100m，12.5Gbps速率下可以到35m
- 数据传输具备实时和低延迟的特性，且延迟是固定的
- 精准实时的触发特性，支持通过同轴线缆发送触发，无需额外的通讯线缆
- 可以获得灵活可靠的性能，通过使用标准的同轴线缆，比如RG59 和 RG6规格，推荐使用RG6
- 易于集成的特性，图像、控制通讯、电源可以使用同一条线缆，且线缆价格便宜
CoaXPress是一种点对点可扩展接口, 设备和HOST之间的物理介质为75Ω 同轴电缆。每一个CoaXPress接口都包含1个MASTER连接和若干可选的扩展SLAVE连接，每一个连接都需要1条同轴线缆，通常设备会对这些连接进行编号，MASTER固定为0，SLAVE扩展接口依次递增。
图 ‑1CoaXPress链接结构
每一个connection都包含如下功能
- 高速串行数据(通常为Device到 Host Downconnection), 最高 12.5 Gbps.
- 低速串行数据(通常为Host 到Device Upconnection), 最高 41.6˙ Mbps .
- 供电功能Power (Host 到 Device), 最高13W.
图 ‑2DownConnection 与Upconnection
表 -1 CoaXPress 支持的高速信号速率
CoaXPress Speed | Bit Rate (Gbps) |
CoaXPress-1 | 1.250 |
CoaXPress-2 | 2.500 |
CoaXPress-3 | 3.125 |
CoaXPress-5 | 5.000 |
CoaXPress-6 | 6.250 |
CoaXPress-10 | 10.000 |
CoaXPress-12 | 12.500 |
商业航天上的CXP
受益于CXP的单缆高速率、双向通讯、可供电、可扩展等优点，其在商业航天遥测、图像回传与在轨设备协同控制中正加速落地，目前已经应用在新型的卫星系统中。星测电子可以提供完整的地面测试系统，提供收、发全套测试。
Channel CoaxPress HIL System 硬件在环测试
HIL全称为Hardware-in-the-Loop，中文为“硬件在环”, 它是一种实时仿真测试技术，广泛应用于汽车、航空航天、电力电子、工业控制、轨道交通等领域，用于在开发早期、故障调试时期，对控制器（ECU、FPGA、PLC 等）进行高保真、安全、可重复的测试。
CoaXPress作为一个被广泛接受、应用的图像接口技术，在工业现场、科研实验、航空航天等领域均具有大量应用、测试需求，星测电子提供了灵活的CoaXPress V2.0 HIL 系统，解决用户开发、测试需求，帮助用户快速定位问题、高效构建测试系统。
图 1‑3 PCIe-1004-1005 4 Channel CoaXPress HIL System
PCIe-1004-1005 4 Channel CoaXPress HIL System 主要由以下几部分组成：
- PCIe-1005 4-Channel CoaXPress Camera Simulator 模拟CoaXPress 相机
- PCIe-1004 4-Channel CoaXPress Frame Grabber 采集CoaXPress 相机数据
- HDBNC-HDBNC线缆
- GUI 软件
其中
HDBNC-HDBNC线缆：
图 1‑4 CoaXPress 常见接口
PCIe-1005 4-Channel CoaXPress Camera Simulator：
- 4通道CoaXPress HDBNC接口，均衡器EQCO125x40，用于CoaXPress发送
- PCIe Gen3x8 高速接口，4GB 板上缓存
- 兼容CoaXPress 1.0/2.0，每通道带宽最高可达 12.5Gbps；
- 支持任意图像格式、图像尺寸模拟；
- 支持线阵和面阵图像输出；
- 图像输出时序任意配置；
- 支持FPGA内置图像源、软件任意图像源，图像通过文件夹读取，支持png,bmp,jpeg,tiff等常规图像格式，支持raw格式图像和raw视频文件
- 支持图像循环输出、触发输出、连续输出
- 配备丰富的 External I/O 接口（如 RS-485、光耦隔离输入/输出、LVDS、TTL），适用于复杂工业环境，可以用于各种形态的触发信号生成。
- 支持自定义协议，适合应用于航天相机场景
图 ‑PCIe1005接口图
PCIe-1004 4-Channel CoaXPress Frame Grabber:
- 4通道CoaXPress HDBNC 接口，均衡器EQCO125x40，用于CoaXPress接收
- PCIe Gen3x8高速接口，4GB 板上缓存
- 兼容CoaXPress 1.0/2.0，每通道带宽可达 12.5Gbps；
- 内置PoCoaXPress 功能，支持通过同轴电缆对相机供电；
- 提供AravisSDK和GenTLProducer SDK，兼容主流机器视觉软件平台；
- 配备丰富的 External I/O 接口（如 RS-485、光耦隔离输入/输出、LVDS、TTL），适用于复杂工业环境。
- 支持自定义协议，适合应用于航天相机场景
图 1-1 PCIe-1004接口图
其中，详细产品信息请查阅对应产品手册。
应用场景
从协议角度来看，主要有2个应用场景，1个是模拟标准CoaXPress相机，应用于工业、科研，1个是模拟非标准CoaXPress 相机，应用于航天等特殊场景。
- 标准CoaXPress相机：PCIe-1005 可以模拟标准CoaXPress2.0 协议CoaXPress相机，适用于工业、科研等使用标准CoaXPress相机的场景。
- 非标航天相机：航天相机多数使用了CoaXPress的电气标准，但是没有使用CoaXPress的协议标准，无法使用标准CoaXPress模拟器进行HIL测试，PCIe-1004-1005 HIL System 支持非标CoaXPress相机HIL 测试，可以满足这类应用需求。
应用案例一
系统技术参数及性能要求
相机参数设置
- 支持四路独立数据生成，线速率、数据结构可通过上位机配置自定义，采用 8B/10B 编码，接收端基于 K28.5 字符的自定义格式实现同步与对齐。
- 多光谱相机：线速率 1.25Gbps，参考时钟 125MHz，数据含辅助数据（固定 + 非固定参数）与图像数据，帧头 / 帧尾分别为 / SF//EF/，空闲时发送 / SP / 同步字符的自定义格式。
- 高光谱可见光相机：线速率 3.125Gbps，支持推扫 / 面阵模式，每行数据含辅助数据区与图像区，辅助数据分 8 行插入。帧头帧尾与空闲时的同步字符为自定义格式。
- 高光谱红外相机：线速率 5Gbps，输出 257 行 / 帧数据（首行为辅助数据，后 256 行为图像数据），含相机标识、时间信息、校验和等字段。帧头帧尾与空闲时的同步字符为自定义格式。
- 备用接口：GT 核配置可自定义，暂不指定数据格式。
- FPGA软件GT参数支持用户修改，上位机提供SDK和对应GUI代码，方便用户修改使用。
- 支持帧率、尺寸修改，触发设置。
- 辅助数据使用csv文件，方便用户编辑，图像数据支持tiff，bmp，raw格式一级bin二进制数据。
数据显示与存储
- 支持四路不同线速率、不同结构 CoaXPress 数据的独立接收与存盘。
- 支持长时间、大文件连续播放、存储。
- 数据存储需按 “时间 + 通道” 命名规则分类，存储介质为数据接收主机 SSD。
- 兼容模拟源输出的各类数据格式。
- FPGA软件GT参数支持用户修改，上位机提供SDK和对应GUI代码，方便用户修改使用。
- 用户存储数据为bin文件，视频播放时，允许加载辅助数据格式并去除辅助数据进行抽帧显示；
PCIe1005数据模拟源
组成
相机 CoaXPress 数据模拟源，主要由数据模拟主机、CoaXPress 数据模拟源板卡和 CoaXPress 线缆组成，其中 CoaXPress 数据模拟源模块采用 Hello FPGA 的 PCIe-1005 4-Channel CoaXPress Camera Simulator 板卡，数据模拟主机的主控上位机软件采用与模拟源模块配套的上位机软件，通过上位机软件的配置实现四路不同线速率和不同结构的独立数据的生成。相机 CoaXPress 数据模拟源要求通过数据模拟主机上的主控上位机软件中参数配置的修改，实现四路不同线速率和不同结构的独立数据的生成。
图 -1 相机 CoaXPress 数据模拟源组成示意图
软件说明
1005的qt界面主要包含六个部分：
- 通道选择：切换 CXP1/2/3/4 通道（对应板卡物理接口 CXP0/1/2/3）。
- 参数配置：核心设置区，根据模式不同配置项有所区别。
- 配置文件：加载或保存当前参数设置。
- 帧头帧尾设置：配置帧头和帧尾的值和k码标识。
- 控制按钮：开始/停止传输。
- 日志窗口：实时显示运行状态、错误提示及操作反馈。
透传模式
- 相机数据时钟数： 除去帧头和帧尾后，有效数据的时钟个数。必须准确匹配数据长度，否则会导致图像错位或丢包。
- 消隐时钟数：设置每包数据之间的间隔时钟。
- 像素格式：如 Mono16 (16bit)。
- 传输模式：可选择“有限帧”或“连续环绕”（连续模式下数据总量需 < 1000MB）。
此模式只需一个数据源，无需辅助数据。
CXP1\CXP2\CXP4随机传感器模式
- 相机数据时钟数：指单帧图像区域的数据时钟总长度。
- 辅助数据时钟数：设置辅助数据所占用的时钟长度。此参数仅在随机传感器模式下生效，透传模式下无效。
- LAW ：指定每次传输的数据包数量。此参数仅在随机传感器下使用。
- 帧间隔：完成一轮数据传输后，需要等待多少个数据包周期再启动下一轮。
- 其他参数：同样支持消隐时钟、像素格式及传输模式（有限帧/连续环绕）设置。
- 随机传感器模式需要传入两个数据源，数据源需要包含.dat相机数据和.csv辅助数据。点击浏览选择文件。
CXP3普通模式
参数配置跟随机传感器模式类似。CXP3则需要选择辅助数据文件、红外数据文件以及相机数据文件。红外数据文件会作为数据的第一行发送，相机数据文件则从第二行开始。
帧头帧尾设置
用于配置数据包的帧头和帧尾标识，包含数值和K 码两个部分。
- 帧头/帧尾值：用户自定义的标识数据。
- K码标识：1表示k码，0表示D码。
注意：在透传模式下，帧头和帧尾存储在文件中，存储格式须遵循小端模式 ，即低八位数据存储在低地址，高八位数据存储在高地址。若大小端顺序不一致，将无法识别帧边界，导致采集失败。示例：若配置值为 0x1234，在内存/文件中应为 [0x34, 0x12]。
PCIe1004数据采集系统
组成
CoaXPress 数据采集系统，主要由 CoaXPress 数据采集模块、数据接收主机和 CoaXPress 线缆组成，其
中 CoaXPress 数据采集模块采用 Hello FPGA 的 PCIE-1004 4-CHANNEL COAXPRESS GRABBER
板卡，数据接收主机的主控上位机软件采用与采集模块配套的上位机软件，通过上位机软
件的配置实现四路不同线速率和不同结构的独立数据的存盘。
CoaXPress 数据采集系统需与第一节的相机 CoaXPress 数据模拟源联合使用，因此 CoaXPress 数据采集
系统需要对相机 CoaXPress 数据模拟源的四路不同线速率和不同结构的 CoaXPress 数据输出进行采
集。因此对 CoaXPress 数据采集模块的四个 GT 核配置也需要可重新自定义。
图 -2 相机 CoaXPress 数据模拟源组成示意图
软件说明
CXP 0、1、2、3分别代表硬件的0123四个gt口，每个窗口配置是独立开的，四路gt口的速率严格按照协议上要求配置，可以在上位机不同的窗口操控选择对哪路gt口进行采集，
参数配置：
- 目标采集参数：根据需求配置采集一次的帧数，-1表示一直读取。
- 每帧时钟周期数：每一帧数据包含的时钟周期数（包含帧头和帧尾的长度）。
- 每时钟字节数：每个时钟周期包含的字节数。（目前协议固定是2字节）
- 最终采集到的数据量=目标采集参数x每帧时钟周期数x每时钟字节数
在上位机最上面部分可以浏览存放的路径来保存所采集到的数据包，和格式选择，当前分为bin和dat格式，保存下来的文件格式如下，由通道号和采集时间组成。
图 -3 采集系统上位机软件界面
在上位机最上面部分可以浏览存放的路径来保存所采集到的数据包，和格式选择，当前分为bin和dat格式，保存下来的默认文件格式如下，由通道号和采集时间组成。
图 -4 保存文件格式示例