基于Zynq的圖像視頻處理、顯示平臺(tái)

基于Zynq的圖像視頻處理、顯示平臺(tái)1、概述首先，我們來看一下XilinxApplicationNote中經(jīng)常出現(xiàn)的一副結(jié)構(gòu)圖，圖1所示，當(dāng)然不可能所有圖都一樣，在結(jié)構(gòu)上大同小異吧。這是一個(gè)比較典型的圖像、視頻處理平臺(tái)的結(jié)構(gòu)圖。1.1、捕獲視頻通過HDMI接口進(jìn)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(shè)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(gè)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(huì)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(gè)VDMA和一個(gè)視頻處理模塊，一個(gè)VDMA負(fù)責(zé)從幀存中取數(shù)據(jù)，然后交給處理模塊，處理完畢的結(jié)果經(jīng)另一個(gè)VDMA送回幀存1.3、顯示主要是顯示控制模塊，負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)按照標(biāo)準(zhǔn)時(shí)序輸出送至顯示器。圖1視頻處理、顯示平臺(tái)架構(gòu)從圖1可以看出，整個(gè)架構(gòu)的核心是VDMA這個(gè)IP，所以搭建平臺(tái)的關(guān)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(jié)構(gòu)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(gè)，分別為AXI4MemoryMap、AXI4-Lite、AXI4-Stream。AXI4-Lite：這個(gè)接口詳細(xì)是最常用的接口了，用于讀寫VDMA內(nèi)部寄存器，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)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(gè)接口手冊(cè)沒有講具體作用，其實(shí)這個(gè)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(diǎn)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(guān)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(duì)IP進(jìn)行參數(shù)配置。2.3、VDMA的配置關(guān)于VDMA的詳細(xì)參數(shù)配置，請(qǐng)參考pg020，ProductGuide，這里把我認(rèn)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(duì)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(shè)置不合理的話，會(huì)影響顯示效果，甚至?xí)斐蔁o顯示。iii、關(guān)于時(shí)鐘剛開始上手時(shí)，建議把AXI4-Lite、AXI4、AXI-Stream這三個(gè)接口的時(shí)鐘統(tǒng)一為像素時(shí)鐘。上手之后，可以嘗試三個(gè)接口使用不同的時(shí)鐘。要注意AXI4接口時(shí)鐘一定要大于等于AXI-Stream接口的時(shí)鐘，否則會(huì)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(gè)寄存器每個(gè)bit的功能，請(qǐng)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(shè)計(jì)舉例3.1、邏輯設(shè)計(jì)有了上文所做的鋪墊，相信搭建出一個(gè)顯示平臺(tái)就不是非常難了，下面，我給出一個(gè)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(tái)，不過最近還是有網(wǎng)友提問如何搭建平臺(tái)。其實(shí)，官網(wǎng)給出的資料往往是很具參考價(jià)值的，大家可以多多留意。圖6邏輯設(shè)計(jì)舉例這是一個(gè)圖形繪制和顯示平臺(tái)，不是視頻處理平臺(tái)，視頻處理平臺(tái)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(hào)和連接情況都和實(shí)際設(shè)計(jì)一樣，能夠體現(xiàn)出設(shè)計(jì)思路。vdma、axis2vout、vtc這三個(gè)IP，Vivado都是提供的，當(dāng)然也可以自