基于VDMA的遠(yuǎn)程圖像采集系統(tǒng)參考設(shè)計(jì)

本文作者：AMD 工程師Jackie Gao

簡介

本文參考設(shè)計(jì)基于 AMD ZYNQ7000 Device， 使用 VDMA 做原始圖像采集系統(tǒng)，在 Petalinux 下做服務(wù)器，通過 Socket 發(fā)送圖像至 Windows 或者 Linux 上位機(jī)。

作為驗(yàn)證，可以連接 CMOS，或者使用 AXI TPG 生成仿真的圖像數(shù)據(jù)。

教程中所有涉及的設(shè)計(jì)及代碼均在 Windows 和 Linux 平臺(tái)下作了驗(yàn)證。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖參考如下：

a. 通過 Video In to AXI4-Stream 將 CMOS 輸出的 VSYNC，HSYNC 以及數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換成視頻流。注意 CMOS 的輸入時(shí)鐘 PCLK 與 AXI4-Stream 工作在不同的頻率。

b. 緊跟其后面實(shí)例化了一個(gè) AXI VDMA，用于接收輸出的視頻流。AXI VDMA 通過其 M_AXI_S2MM 端口連接至 AMD ZYNQ7000 Device 的 HP0 端口，以訪問 PS 側(cè)的 DDR 控制器，用作 VDMA 的 Frame Buffer。

由于圖像在傳輸過程中可以會(huì)出現(xiàn)當(dāng)前的 Frame Buffer 被 VDMA 再次寫入的情況，所以我們將 Frame Buffer 數(shù)量調(diào)至16，以減小 圖像被污染的概率。如果想完全解決這個(gè)問題，需要配置 VDMA 的 GenLock 使用，我們會(huì)在之后的設(shè)計(jì)的講解。

c. 系統(tǒng)還實(shí)例化了一個(gè) AXI IIC 控制器，用于初始化 CMOS 的寄存器，使其能夠正確的工作在期望的頻率。也可選用 PS 側(cè)的 IIC 控制器。

2. BD 中需要分配各個(gè) IP 地址如下，可以用 AMD Vivado Design Suite的自動(dòng)地址分配工具完成。

軟件架構(gòu)

系統(tǒng)框圖

開發(fā)板上運(yùn)行 Petalinux，用作視頻的服務(wù)器。在 Windows/Ubuntu 上位機(jī)位移植 Embeddedsw，并通過 Socket 配置 CMOS 和接收圖像。最后把圖像通過 QT 顯示。

環(huán)境需求

硬件環(huán)境

AMD ZYNQ7000 Device

OV5640 或者 AXI TPG仿真

Windows10/11 或者 Ubuntu20.04 主機(jī)

軟件環(huán)境

AMD Vivado Design Suite 2022.2

Petalinux 2022.2

CMake > 2.15

OpenCV3.3.1

QT5.15.2

Windows + Visual Studio 或者 Linux + GCC

代碼結(jié)構(gòu)

硬件

HW 文件夾里面里面包含 AMD Vivado Design Suite工程，直接用 AMD VivadoDesign Suite2022.2 打開。

打開后綜合實(shí)現(xiàn)，并生成 Bitfile。

固件

此參考設(shè)計(jì)用 Petalinux 制作系統(tǒng)啟動(dòng)鏡像，完整的 Petalinux 工程位于 FW 目錄下。

執(zhí)行 petalinux-build 可以編譯。

執(zhí)行 petalinux-package –boot –u-boot –force –fpga XXX.bit 生成 BOOT.BIN文件

軟件

axi vdma 和 axi iic 的驅(qū)動(dòng)軟件移植自 embeddedsw，主要的改動(dòng)包括修改 xil_io.c 和 xil_mem.c 文件，用 Socket 的驅(qū)動(dòng)替換默認(rèn)的 Xil_In32 和 Xil_Out32 的實(shí)現(xiàn)，以及內(nèi)存讀寫的功能。

軟件支持 Windows 和 Linux 的主機(jī)，采用 Cmake 環(huán)境。如果在 Windows 下，可以選擇 Visual Studio 作為編譯工具。編譯過程如下:

1.cd sw

2.mkdir build

3.cmake .. && make

測試結(jié)果

在 Petalinux 下生成的 BOOT.BIN 文件放成 SD 卡，啟動(dòng)開發(fā)板。

運(yùn)行 QT應(yīng)用程序，可以看到圖像可以被正確的采集。