基于Zynq的圖像視頻處理、顯示平臺

基于Zynq的圖像視頻處理、顯示平臺1、概述首先，我們來看一下XilinxApplicationNote中經(jīng)常出現(xiàn)的一副結構圖，圖1所示，當然不可能所有圖都一樣，在結構上大同小異吧。這是一個比較典型的圖像、視頻處理平臺的結構圖。1.1、捕獲視頻通過HDMI接口進來，然后經(jīng)VideoInput模塊做格式變換，送入VDMA，該VDMA的作用是把數(shù)據(jù)送入在DDR3中所開辟的幀存中去。另一種是通過攝像頭等設備獲取視頻源，經(jīng)PS/PL將數(shù)據(jù)送入DDR3。就我目前的水平而言，個人感覺從PL部分將視頻流送入DDR3最簡單的方法是通過VDMA的axi4-stream接口，換句話說，將視頻流轉(zhuǎn)換為axi4-stream會降低處理難度，這種轉(zhuǎn)換和VideoInput模塊的工作是類似的。1.2、處理該部分包含兩個VDMA和一個視頻處理模塊，一個VDMA負責從幀存中取數(shù)據(jù)，然后交給處理模塊，處理完畢的結果經(jīng)另一個VDMA送回幀存1.3、顯示主要是顯示控制模塊，負責將數(shù)據(jù)按照標準時序輸出送至顯示器。圖1視頻處理、顯示平臺架構從圖1可以看出，整個架構的核心是VDMA這個IP，所以搭建平臺的關鍵是掌握VDMA的使用。2、VDMA的使用2.1、基本情況我們來看一下VDMA的結構框圖，了解一下VDMA的基本情況。

圖2VDMA框圖如圖2所示，VDMA的主要接口有3個，分別為AXI4MemoryMap、AXI4-Lite、AXI4-Stream。AXI4-Lite：這個接口詳細是最常用的接口了，用于讀寫VDMA內(nèi)部寄存器，從而實現(xiàn)對VDMA的控制和狀態(tài)獲取。AXI4-Stream：寫通道(s2mm)：VDMA獲取來自axis接口的數(shù)據(jù)并將之寫入幀存讀通道(mm2s)：VDMA從幀存讀取數(shù)據(jù)，然后送至axis接口輸出AXI4MemoryMap：這個接口手冊沒有講具體作用，其實這個接口是用于操作DDR的，通過互聯(lián)模塊連接至Zynq的HP接口。2.2、使用方法：這部分有點像廢話，和其他IP一樣用就是了。i、新建工程ii、新建blockdesigniii、打開IPCatalog，輸入關鍵字檢索到VDMA，或者按類別找到IP核iv、雙擊VDMAIP，添加IP至blockdesignv、如有需要，再對IP進行參數(shù)配置。2.3、VDMA的配置關于VDMA的詳細參數(shù)配置，請參考pg020，ProductGuide，這里把我認為比較重要的地方說一下。i、GenLockmodegenlock模式有4中選擇，分別為：Master、Slave、DynamicMaster、DynamicSlave。選擇不同的模式對模塊的端口連接有不同的要求，所以這里要注意，改變模式，端口連接也要修改，如圖3、圖4所示。

圖3

圖4ii、LineBufferDepthLineBuffer設置不合理的話，會影響顯示效果，甚至會造成無顯示。iii、關于時鐘剛開始上手時，建議把AXI4-Lite、AXI4、AXI-Stream這三個接口的時鐘統(tǒng)一為像素時鐘。上手之后，可以嘗試三個接口使用不同的時鐘。要注意AXI4接口時鐘一定要大于等于AXI-Stream接口的時鐘，否則會造成數(shù)據(jù)丟失。2.4、VDMA初始化流程1.WritecontrolinformationtothechannelVDMACRregister(Offset0x00forMM2Sand0x30forS2MM)tosetinterruptenablesifdesired,andsetVDMACR.RS=1tostarttheAXIVDMAchannelrunning.2.WritevalidvideoframebufferstartaddresstothechannelSTART_ADDRESSregister1toNwhereNequalsFrameBuffers(Offset0x5Cupto0x98forMM2Sand0xACupto0xE8forS2MM).SettheREG_INDEXregisterifrequired.3.WriteavalidFrameDelay(validonlyforGenlockSlave)andStridetothechannelFRMDLY_STRIDEregister(Offset0x58forMM2Sand0xA8forS2MM).4.WriteavalidHorizontalSizetothechannelHSIZEregister(Offset0x54forMM2Sand0xA4forS2MM).5.WriteavalidVerticalSizetothechannelVSIZEregister(Offset0x50forMM2Sand0xA0forS2MM).Thisstartsthechanneltransferringvideodata.上述寄存器的作用在圖5中可以找到，某個寄存器每個bit的功能，請參考pg020，VDMA的ProductGuide，第2章ProductSpecification的RegisterSpace小節(jié)。

圖5VDMA寄存器偏移地址及作用3、設計舉例3.1、邏輯設計有了上文所做的鋪墊，相信搭建出一個顯示平臺就不是非常難了，下面，我給出一個具體的框圖，如圖6所示。（本來想用頂層的blockdesign截圖，發(fā)現(xiàn)IP布局、連線比較亂，看不清楚）。另外，大家還可以參考xapp792，大同小異，我之前的博客也提過如何搭建HDMI的顯示平臺，不過最近還是有網(wǎng)友提問如何搭建平臺。其實，官網(wǎng)給出的資料往往是很具參考價值的，大家可以多多留意。圖6邏輯設計舉例這是一個圖形繪制和顯示平臺，不是視頻處理平臺，視頻處理平臺稍有不同，一般而言，視頻處理用到genlock和我這里不一樣。圖中所有信號和連接情況都和實際設計一樣，能夠體現(xiàn)出設計思路。vdma、axis2vout、vtc這三個IP，Vivado都是提供的，當然也可以自