市面上的图像传感器主要分为电荷耦合器件（CCD）和互补金属氧化物半导体（CMOS） 两种。近年来，随着 CMOS 制造工艺的成熟以及超大规模集成电路的发展，CMOS 传感器发展迅速，朝着高速、高分辨率、低噪声的方向不断发展。为了满足高速数据传输要求,现  代科技对串行接口的速率要求也越来越高,一些传统的接口如 USB、GigE、FireWire 和 Camera Link 等接口,在接口形式、接口速率和接口同步性上已经逐渐不能满足高速数字图像传输的需求。CoaXPress 是近年来出现的一种新型高速数字图像传输接口标准,该标准具有高速和高带宽的特点, 目前该接口标准最高能以 12.5Gbps 的速率传输数据,是目前速度最快的接口之一。

CoaXPress 协议的产生背景

 随着机器视觉的发展和基于工业相机测量系统的广泛使用，高性能相机的分辨率以及帧率不断提高，传输图像需要的带宽日益增大，面对越来越大的数据量，主流的相机接口包括 USB 、IEEE1394 、RS.644LVDS 、Camera Link 等逐渐无法满足高精度视觉测量需求。

CoaXPress  技术由 Adimec  和 EqcoLogic  公司联合开发，得到了世界范围内的认可， 开发者随即成立了 CoaXPress  协会，致力于 CoaXPress 接口的推广。主张在成像领域采用  CoaXPress  高速数字接口标准的日本工业成像协会（JIIA）已经宣称，自动成像协会（AIA） 和欧洲机器视觉协会（EMVA）根据 G3 协议，将对现已成为世界标准的 CoaXPress 给予支持。第一个 CoaXPress 接口亮相于 2008 年举办的"Vision"斯图加特展会——这是工业图像处理领域的顶级展会。又经过三年多的研发，CXP 1.0 终于在 2011 年以新接口标准的身份正式发布。从那时起，该标准在工业图像处理领域占得一席之地，然后在 2021 年发展成为 CXP  2.0 。采用 CoaXPress 1.0/1. 1 标准的接口所支持的数据率每通道最高可达 6.25 Gbps 。 目前的  CoaXPress 2.0 标准规定了每通道的传输速率提升为原来的两倍，即达到 12.5 Gbps ，CXP 接口如图 1 所示。

图 1 CXP 接口

CXP 是点对点的可扩展接口，设备和主机之间的传输介质是 75 欧的同轴电缆。一个接口包括一个主连接和可选的多个扩展连接，这些共同构成了一个链路，每一个连接对应一根 同轴电缆。相较于 Camera Link ，CXP 支持更长的电缆长度。当链接速度为 6.25Gbps 时，使用细电缆或者高柔性电缆时最大电缆长度约为 25 米，当链接速度为 12.5Gbps 时，使用较粗电缆时最大电缆长度可能超过 200 米，图 2 为 CXP 的物理拓扑图。

图 2 CXP 物理拓扑图

CXP 的每个链接提供以下信号功能：设备到主机的下行连接，速度可达 6.25Gbps；主机到设备的上行连接，速度为 20.83Mbps；主机可以给设备供电，最大功率为 13W ，设备的标称电压为 24V。CXP  的上行连接和下行连接均使用 8B/10B 编码，图 3 为 CXP 的信号连接和数据流示意图。

图 3 CXP 信号连接和数据流图

CoaXPress 链路协议

链路协议定义了主机和设备之间的点对点接口。该链路包括了一个主连接和可选的扩展 连接以及高速上行连接。对于每个连接，协议定义了一组承载特定数据的逻辑信道，例如流 数据（例如图像），实时触发和设备控制。设备由主机通过寄存器控制，主机寄存器通过控 制通道提供访问[18] 。当没有高速上行连接时，写访问和控制仅通过主连接提供，使连接的 主机连接成为控制主站。扩展连接提供设备和连接发现的只读访问。当使用高速上行连接时， 它取代主低速上行连接以提供设备控制。所有的数据传输过程均使用 8B / 10B  编码。

分组传输格式

数据以 4 个字符为一组进行传输，采用大端模式进行 32 位组合，即以一个字为 最小单位进行传输。每标记的字由 P0 ，P1 ，P2 和 P3 及 8B / 10B 字符组成。链路传输过程中，应实现最大密度封装， 以便最大化带宽吞吐量。图 4 表示了 16 位像素或组件的封装定义方式。像素应封装在同一行内，新行的第一个像素存储到 P0 中。对于某些 封装方案，封装数据大小可能不是一行中整数个字。这种情况下，数据字的数量应四舍五入到最接近的整数值，最后一个数据字的未使用位设置为 0。

图 4 16 位像素或组件封装

目前 CoaXPress 协议支持 8 ，10 ，12 ，14   以及 16  位的像素数封装尺寸，当尺寸大小不符合上述尺寸大小时，定义的像素数据的高位应与比它大的封装尺寸对齐，未使 用的低位一般用0 填充。

误码及重复字符处理

CoaXPress  链路链路传输时需通过多次选择分组编码以及发送密钥信息来免受单比特错误的影响，重复请求次数一般不超过四次。每一串数据需经过 CRC 校验来确认 其是否正确。

CRC 校验用于保证控制流和数据流的发送正确。接收方应对 CRC 进行解码，如有校验错误，应发送错误应答。链路协议中提到所有的CRC 都是指定数据包上计算的 32 位 CRC。CoaXPress  链路传输时，CRC 不校验用于填充数据的空闲字以及 K 码。32 位 CRC 校验多项式如下公式所示。

CoaXPress 在高速图像采集系统中的应用

 接触式图像传感器是继线阵 CCD 、CMOS 技术之后发展完善的一类新型光电成像传感器。其将柱状透镜、LED 阵列光源、感光元件阵列、信号放大电路集于一体， 由光源发出 的光线经被扫描物反射后，通过柱状透镜投射聚焦于感光元件阵列，由感光元件阵列将光信号转化为电信号并经信号放大电路进行放大输出，经后端处理后直接形成扫描对象的完整影像。

由于接触式图像传感器的整体集成性（省去了传统成像方式的光学镜头），传感器体积 可有效控制，在设备便携性、安装调试、整体集成方面相比传统的“CCD/CMOS+光学镜头” 方式优势明显；采用LED 光源阵列可有效控制设备功耗，使用寿命长，且无需预热；采用柱状透镜实现物体与感光元件 1:1 成像，无传统光学透镜的像场几何畸变，对物体高质量还原，在成像质量上优势明显。接触式图像传感器最早被用于传真机、扫描仪等商用设备，随着技术进步发展，在工业检测装备领域已得到越来越广泛的应用，特别是针对平面产品（如 玻璃、橡胶、薄膜等行业）的自动光学检测方面具有巨大的应用空间。

图 5  接触式图像传感器工作原理

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