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紫光同创FPGA图像视频采集系统,提供2套PDS工程源码和技术支持
1、前言
"苟利国家生死以,岂因祸福避趋之!"我优秀地下档员川建国同志,敏锐地洞察到祖国的短板在于高精尖半导体的制造领域,于是本着为中华民族伟大复兴的中国梦贡献绵薄之力的初心,建国站在高略高度和长远角度谋划,宁愿背当代一世之骂名也要为祖国千秋万世谋,2018年7月,建国正式打响毛衣战,随后又使出恰勃纸战术,旨在为祖国先进制程半导体领域做出自主可控的战略推动;在此,请收下我一声谢谢啊!!!!!!
2019年初我刚出道时,还是Xilinx遥遥领先的时代(现在貌似也是),那时的国产FPGA还处于辣鸡段位,国产FPGA仰望Xilinx情不自禁道:你以为躲在这里就找不到你吗?没用的,你那样拉轰的男人,无论在哪里,都像黑夜里的萤火虫那样的鲜明、那样的出众,你那忧郁的眼神,稀嘘的胡渣子,神乎其技的刀法,还有那杯Dry martine,都深深的迷住了我。。。然而才短短4年,如今的国产FPGA属于百家争鸣、百花齐放、八仙过海、神仙打架、方兴未艾、得陇望蜀、友商都是XX的喜极而泣之局面,面对此情此景,不得不吟唱老人家的诗句:魏武挥鞭,东临碣石有遗篇,萧瑟秋风今又是,换了人间。。。
言归正传,目前对于国产FPGA的共识有以下几点:
1:性价比高,与同级别国外大厂芯片相比,价格相差几倍甚至十几倍;
2:自主可控,国产FPGA拥有完整自主知识产权的产业链,从芯片到相关EDA工具
3:响应迅速,FAE技术支持比较到位,及时解决开发过程中遇到的问题,毕竟中文数据手册。。
4:采购方便,产业链自主可控,采购便捷
本文使用紫光同创的PGL22G-6MBG324 FPGA做基础的图像视频采集系统,视频源有两种,分别对应开发者手里有没有摄像头的情况,一种是使用廉价的OV7725或OV5640摄像头;如果你手里没有OV7725或OV5640摄像头或者FPGA开发板没有摄像头输入接口,则可使用代码内部生成的动态彩条模拟摄像头视频;视频源的选择通过代码顶层的`define宏定义进行选择;提供2套Pango Design Suite 2021.4版本的工程源码;第一套默认上电选择OV7725输入,分辨率为640X480;第二套默认上电选择OV5640输入,分辨率为1280X720;FPGA采集到输入视频后,使用本人开发的HDMA视频缓存架构,将视频送到外接DDR3中缓存,然后读出视频送HDMI显示器显示;
紫光同创FPGA图像视频采集系统的设计方案,工程代码可综合编译上板调试,可直接项目移植,适用于在校学生、研究生项目开发,也适用于在职工程师做学习提升,可应用于医疗、军工等行业的高速接口或图像处理领域;
提供完整的、跑通的工程源码和技术支持;
工程源码和技术支持的获取方式放在了文章末尾,请耐心看到最后;
免责声明
本工程及其源码即有自己写的一部分,也有网络公开渠道获取的一部分(包括CSDN、Xilinx官网、Altera官网等等),若大佬们觉得有所冒犯,请私信批评教育;基于此,本工程及其源码仅限于读者或粉丝个人学习和研究,禁止用于商业用途,若由于读者或粉丝自身原因用于商业用途所导致的法律问题,与本博客及博主无关,请谨慎使用。。。
2、紫光同创FPGA相关方案推荐
鉴于国产FPGA的优异表现和市场需求,我专门开设了一个人紫光同创FPGA专栏,里面收录了基于紫光同创FPGA的图像处理、UDP网络通信、GT高速接口、PCIE等博客,感兴趣的可以去看看,博客地址:点击直接前往
3、设计思路框架
本文使用紫光同创的PGL22G-6MBG324 FPGA做基础的图像视频采集系统,视频源有两种,分别对应开发者手里有没有摄像头的情况,一种是使用廉价的OV7725或OV5640摄像头;如果你手里没有OV7725或OV5640摄像头或者FPGA开发板没有摄像头输入接口,则可使用代码内部生成的动态彩条模拟摄像头视频;视频源的选择通过代码顶层的`define宏定义进行选择;提供2套Pango Design Suite 2021.4版本的工程源码;第一套默认上电选择OV7725输入,分辨率为640X480;第二套默认上电选择OV5640输入,分辨率为1280X720;FPGA采集到输入视频后,使用本人开发的HDMA视频缓存架构,将视频送到外接DDR3中缓存,然后读出视频送HDMI显示器显示;
工程1设计框图如下:
工程2设计框图如下:
视频源选择
视频源有两种,分别对应开发者手里有没有摄像头的情况,一种是使用廉价的OV7725或OV5640摄像头;如果你手里没有OV7725或OV5640摄像头或者FPGA开发板没有摄像头输入接口,则可使用代码内部生成的动态彩条模拟摄像头视频;视频源的选择通过代码顶层的`define宏定义进行选择;提供2套Pango Design Suite 2021.4版本的工程源码;第一套默认上电选择OV7725输入,分辨率为640X480;第二套默认上电选择OV5640输入,分辨率为1280X720;视频源选择如下:
视频源选择逻辑代码部分如下:
选择逻辑如下:
当(注释) define COLOR_IN时,输入源视频是动态彩条;
当(不注释) define COLOR_IN时,输入源视频是OV7725或OV5640;
OV7725摄像头配置及采集
OV7725摄像头需要i2c配置才能使用,需要将DVP接口的视频数据采集为RGB565或者RGB888格式的视频数据,这两部分均用verilog代码模块实现,代码位置如下:
其中摄像头配置为分辨率640x480;
摄像头采集模块支持RGB565和RGB888格式的视频输出,可由参数配置,如下:
RGB_TYPE=0输出本RGB565格式;
RGB_TYPE=1输出本RGB888格式;
设计选择RGB888格式;
OV5640摄像头配置及采集
OV5640摄像头需要i2c配置才能使用,需要将DVP接口的视频数据采集为RGB565或者RGB888格式的视频数据,这两部分均用verilog代码模块实现,代码位置如下:
其中摄像头配置为分辨率1280x720,如下:
摄像头采集模块支持RGB565和RGB888格式的视频输出,可由参数配置,如下:
RGB_TYPE=0输出本RGB565格式;
RGB_TYPE=1输出本RGB888格式;
设计选择RGB888格式;
动态彩条
动态彩条可配置为不同分辨率的视频,视频的边框宽度,动态移动方块的大小,移动速度等都可以参数化配置,以工程1为例,配置为辨率640x480,动态彩条模块代码位置和顶层接口和例化如下:
HDMA图像缓存
HDMA图像缓存的本质就是一个封装了用户接口的AXI4-FULL-MASTER总线,HDMA对外与DDR3交互,紫光同创FPGA自带的DDR3控制器的用户接口为AXI4-FULL总线,HDMA对内例化两个FIFO与FPGA内部逻辑交互,所以开发者在使用HDMA时,已无需再关心复杂的为AXI4-FULL协议,只需要像使用FIFO那样简单即可;HDMA架构如下:
代码架构如下:
输入输出视频
输入视频的数据格式为RGB,即典型的pclk、vs、de、rgb形式的VGA视频时序,但需要注意的是,因为输入视频直接与FIFO交互,FIFO的AXI侧的数据位宽为128位,为了数据的不错位,输入视频的rgb信号接口不能为传统的24位,这里可以设置为16或者32位,代码中通过参数配置,我配置为32位,如下:
HDMA缓冲FIFO
例化两个FIFO作为FPGA逻辑数据与AXI4数据的缓冲,所谓缓冲,即数据位宽的转换、时钟域的转换、读写时机的控制等部分,FPGA逻辑侧的数据位宽为32位,AXI4侧的数据位宽为128位;以写FIFO为例,配置如下:
HDMA控制模块
HDMA控制模块的主要功能是实现AXI4-FULL主机和图像缓存读写地址切换两大功能;AXI4-FULL主机比较简单,照着AXI4-FULL时序图写就完事儿了,图像缓存读写地址切换就难了,本设计通过顶层的参数来配置图像缓存的帧数,如下:
HDMA_PINGPANG_EN=1则图像做三帧缓存;
HDMA_PINGPANG_EN=0则图像做单帧缓存;
本设计配置为HDMA_PINGPANG_EN=1;
为了实现图像的多帧缓存,将读写地址分段,如下:
读写地址=帧地址+数据地址;
数据地址:即正常的AXI4数据突发的地址增量;
写帧地址:一帧图像到来时+1;
读帧地址:一帧图像到来时+2;
如此做到了同时读写不同的帧地址,输出的图像是完美的。。。
这也叫做乒乓操作,核心代码如下:
HDMI输出
HDMI输出包括VGA时序和HDMI编码模块,VGA时序在紫光PGL22G-6MBG324 FPGA上只能做到720P,因为此FPGA可能太低端了,无法输出742.5M的串行时钟,当然,你用HDMI编码芯片是可以实现1080P的,所以这里只能做到720P的输出分辨率;HDMI编码模块待用原语实现,和Xilinx家的一样,代码结构如下:
4、PDS工程1详解:OV7725输入
开发板FPGA型号:紫光同创--PGL22G-6MBG324;
开发环境:Pango Design Suite 2021.4
输入:OV7725摄像头或动态彩条,分辨率640x480;
输出:HDMI,分辨率1280x720;
工程作用:紫光同创FPGA图像视频采集系统;
工程代码架构如下:
工程的资源消耗和功耗如下:
5、PDS工程2详解:OV5640输入
开发板FPGA型号:紫光同创--PGL22G-6MBG324;
开发环境:Pango Design Suite 2021.4
输入:OV5640摄像头或动态彩条,分辨率1280x720;
输出:HDMI,分辨率1280x720;
工程作用:紫光同创FPGA图像视频采集系统;
工程代码架构如下:
工程的资源消耗和功耗如下:
6、上板调试验证并演示
准备工作
你需要有以下装备才能移植并测试该工程代码:
1:FPGA开发板;
2:OV7725或OV5640摄像头,如果没有也可以,就选择动态彩条;
3:HDMI传输线;
4:HDMI显示,要求分辨率支持1280x720;
静态演示
工程1:OV7725输入640x480分辨率HDMI输出静态演示如下:
工程1:动态彩条输入640x480分辨率HDMI输出静态演示如下:
工程2:OV5640输入1280x720分辨率HDMI输出静态演示如下:
工程2:动态彩条输入1280x720分辨率HDMI输出静态演示如下:
动态演示
仅以工程1的OV7725输入的动态视频演示如下:
紫光同创FPGA-OV7725
7、福利:工程源码获取
福利:工程代码的获取
代码太大,无法邮箱发送,以某度网盘链接方式发送,
资料获取方式:私,或者文章末尾的V名片。