ZYNQ + OV5640 视频系统开发（三）：AXI VDMA 帧缓存原理

文章目录

• • [一、为什么视频系统需要 FrameBuffer](#一、为什么视频系统需要 FrameBuffer)
  • [二、AXI VDMA 的作用](#二、AXI VDMA 的作用)
  • [四、FrameBuffer 的工作流程](#四、FrameBuffer 的工作流程)
  • [五、为什么使用 Triple FrameBuffer](#五、为什么使用 Triple FrameBuffer)
  • [六、VDMA 关键参数](#六、VDMA 关键参数)
  • [七、VDMA 的优势](#七、VDMA 的优势)
  • 八、小结

一、为什么视频系统需要 FrameBuffer

在 FPGA 视频系统中，摄像头和显示器的工作方式完全不同。

摄像头输出是：

连续视频流

也就是：

Camera → 按像素连续输出

而显示设备需要的是：

稳定帧数据

也就是说：

Display → 按固定时序读取整帧

如果直接把摄像头连接到显示器，很容易出现：

撕裂
丢帧
时序错乱

因此必须在中间加入：

FrameBuffer（帧缓存）

通常使用 DDR 存储器 来实现。

二、AXI VDMA 的作用

在 ZYNQ 视频系统中，最常用的帧缓存 IP 是：AXI VDMA

VDMA 的作用是：

在 AXI Stream 和 DDR 之间搬运视频数据

VDMA 具有两个方向的数据通道：

三、视频数据流结构

典型的视频系统结构如下：

Camera
   ↓
Video In to AXI4-Stream
   ↓
VDMA (S2MM)
   ↓
DDR FrameBuffer
   ↓
VDMA (MM2S)
   ↓
AXI4S to Video Out
   ↓
Display

数据流可以理解为：

摄像头写DDR
显示器读DDR

四、FrameBuffer 的工作流程

假设系统分辨率为：800 × 600

VDMA 的工作流程如下。

第一步

摄像头数据进入 AXI Stream：

AXIS_TDATA
AXIS_TVALID
AXIS_TREADY

第二步

VDMA S2MM 将数据写入 DDR：

DDR Address + FrameOffset

例如：

Frame0 → 0x10000000
Frame1 → 0x10100000
Frame2 → 0x10200000

第三步

VDMA MM2S 从 DDR 读取数据：

DDR → AXI Stream

再送到显示模块。

五、为什么使用 Triple FrameBuffer

很多视频系统都会使用：

Triple FrameBuffer

也就是：

3 帧缓存

结构如下：

Frame0
Frame1
Frame2

这样做的好处是：避免读写冲突

当系统运行时：

Frame0 → 正在显示
Frame1 → 正在写入
Frame2 → 空闲

下一帧再循环。

这样可以避免：读写同一帧

导致画面撕裂。

六、VDMA 关键参数

在配置 VDMA 时，需要设置几个关键参数。

Horizontal Size

hsize = width × bytes_per_pixel

例如：

RGB565：800 × 2 = 1600

RGB888：800 × 3 = 2400

Vertical Size

vsize = height

例如：600

Stride

Stride 表示：

每一行占用多少字节

通常：stride = hsize

七、VDMA 的优势

使用 AXI VDMA 作为 FrameBuffer 有几个优势：

1 、支持高带宽视频

VDMA 可以支持：

1080p
4K

级别的视频流。

2 、自动帧管理

VDMA 内部可以自动管理：

Frame Buffer

不需要 CPU 参与。

3 与 AXI4-Stream 完美配合

视频 IP 核普遍使用：

AXI4-Stream

VDMA 可以直接连接这些模块。

八、小结

AXI VDMA 是 FPGA 视频系统中最核心的 IP 之一。

它的作用可以总结为：

视频流 → DDR → 视频流

通过 FrameBuffer，可以实现：

摄像头与显示器解耦
稳定视频输出
高带宽视频处理