[米联客-XILINX-H3_CZ08_7100] FPGA_SDK高级篇连载-15PS灰度算法演示方案

​ 软件版本：VIVADO2021.1
操作系统：WIN10 64bit
硬件平台：适用 XILINX A7/K7/Z7/ZU/KU 系列 FPGA
实验平台：米联客-MLK-H3-CZ08-7100开发板
板卡获取平台：https://milianke.tmall.com/
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1概述

在前文中，我们已经掌握了uifdma_vbuf3.0 ip的使用，本文实现一个综合性的实验，把摄像头的数据以BMP格式保存到TF卡中。

本文实验目的：

1:掌握uifdma_vbuf3.0的地址空间分配方法

2:利用多缓存机制，把内存中的图像以BMP格式保存到TF卡

2系统框图
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3硬件电路分析

硬件接口和子卡模块请阅读“附录1”

配套工程的FPGA PIN脚定义路径为soc_prj/uisrc/04_pin/ fpga_pin.xdc。

4搭建SOC系统工程
4.1PL图形化编程
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由于ARM性能主频较低，因此演示中把输入视频设置为640*480分辨率，如果计算速度不够，会造成图像的撕裂。

1:CAM0中FDMA IP设置

关键设置：

1`WBaseaddr 0x10000000 设置缓存的起始地址

2`WDsizebits 设置缓存的大小，2^23次方代表8MB大小

3`WBufsize 设置图像采用三缓存

4`WXsize设置行像素640

5`WXStride设置行Stride参数为1280，改参数用于2个视频在一个显存中显示

6`WYsize设置场像素为480

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2:视频输出 VDMA IP 设置
​

以下设置视频输出 VDMA 为从模式，帧同步跟随主模式的 CAM0/uifdma_dbuf

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3:多路视频同屏显示原理

下图中，CAM0代表了需要计算的原始图像，CAM1代表了计算后的灰度图像。

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为了把2个图像显示到1个显示器，首先得搞清楚以下关系：

hsize：每1行图像实际在内存中占用的有效空间，以32bit表示一个像素的时候占用内存大小为hsize*4

hstride：用于设置每行图像第一个像素的地址,以32bit 表示一个像素的时候h_cnt* hstride*4

vsize：有效的行

因此很容易得出cam0的每行第一个像素的地址也是h_cnt* hstride*4

同理如果我们需要把计算后的cam1在hsize和vsize空间的任何位置显示，我们只要关心计算后的cam1每一行图像第一个像素的地址，可以用以下公式h_cnt* hstride*4+offset

比如我们这里背景输出到显示器的分辨率为1280*720,计算后cam1的分辨率是640*480需要移动上图的右下脚，offset=(1280-640)*4*(720-480)

4.2设置地址分配

以sccb方式初始化摄像头的地址空间截图

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4.3添加PIN约束

1：选中PROJECT  MANAGERà Add SourcesàAdd or create constraints，添加XDC约束文件。

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2：打开提供例程，复制约束文件中的管脚约束到XDC文件，或者查看原理图，自行添加管脚约束，并保存。

以下是添加配套工程路径下已经提供的pin脚文件。配套工程的pin脚约束文件在uisrc/04_pin路径

4.4编译并导出平台文件

1:单击Block文件à右键àGenerate the Output ProductsàGlobalàGenerate。

2:单击Block文件à右键à Create a HDL wrapper(生成HDL顶层文件)àLet vivado manager wrapper and auto-update(自动更新)。

3:生成Bit文件。

4:导出到硬件: FileàExport HardwareàInclude bitstream

5:导出完成后，对应工程路径的soc_hw路径下有硬件平台文件：system_wrapper.xsa的文件。根据硬件平台文件system_wrapper.xsa来创建需要Platform平台。

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5搭建Vitis-sdk工程

创建soc_base sdk platform和APP工程的过程不再重复，如果不清楚请参考本章节第一个demo。

5.1创建SDK Platform工程
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5.2创建cam_gray_ps_test APP测试工程
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6程序分析
6.1 5640_test.c主程序
1:uifdma_dbuf 设置的地址空间
为了可以把uifdma_dbuf写入到DDR指定地址的数据读出来，首先需要对地址进行定义

1. #define VIDEO_OUT_HSIZE         1280*4
   
2. #define VIDEO_OUT_STRIDE  1280*4
   
3. #define VIDEO_OUT_VSIZE         720
   
4. #define IMG_SIZE VIDEO_OUT_HSIZE*VIDEO_OUT_VSIZE
   
5. #define BUF_BASE_SIZE   0x10000000
   
6. #define BUF_RANG_SIZE          0x800000
   
7. #define BUF1_ADDR                BUF_BASE_SIZE + BUF_RANG_SIZE*0;
   
8. #define BUF2_ADDR                BUF_BASE_SIZE + BUF_RANG_SIZE*1;
   
9. #define BUF3_ADDR                BUF_BASE_SIZE + BUF_RANG_SIZE*2;
   
10. u8 *UIFDMA_DBUF[IMG_SIZE];

复制代码

2:CAM0指向三个缓存地址
CAM0 给分配的内存指针数字指向FPGA中uifdma_dbuf中设置的地址空间：

1. UIFDMA_DBUF[0] = (u8*)BUF1_ADDR;
   
2. UIFDMA_DBUF[1] = (u8*)BUF2_ADDR;
   
3. UIFDMA_DBUF[2] = (u8*)BUF3_ADDR;

复制代码

3:设置VDMA的地址

1. video_out_ReadCfg.FrameStoreStartAddr[0] = (INTPTR)UIFDMA_DBUF[0];
   
2. video_out_ReadCfg.FrameStoreStartAddr[1] = (INTPTR)UIFDMA_DBUF[1];
   
3. video_out_ReadCfg.FrameStoreStartAddr[2] = (INTPTR)UIFDMA_DBUF[2];

复制代码

4:GRAY计算后的三个缓存地址
在以上输出1280*720的显示器区域，计算后的图像左上角偏移为(640+1280*240)*4

1. #define GRAY_IMG_OFFSET (640+1280*240)*4
   
2. #define GRAY_BUF1_ADDR        BUF1_ADDR        + GRAY_IMG_OFFSET
   
3. #define GRAY_BUF2_ADDR        BUF2_ADDR        + GRAY_IMG_OFFSET
   
4. #define GRAY_BUF3_ADDR        BUF3_ADDR        + GRAY_IMG_OFFSET

复制代码

设置灰度图像的缓存地址

1. VIDEO_GRAY_BUF_ADDR[0] = (u8*)GRAY_BUF1_ADDR;
   
2. VIDEO_GRAY_BUF_ADDR[1] = (u8*)GRAY_BUF2_ADDR;
   
3. VIDEO_GRAY_BUF_ADDR[2] = (u8*)GRAY_BUF3_ADDR;

复制代码

5:启动采集和停止采集

1. XGpio_DiscreteWrite(&rstn_5640, 1, 0x1);//启动采集
   
2. XGpio_DiscreteWrite(&rstn_5640, 1, 0x0);//停止采集

复制代码

6:本方案核心程序

核心程序中，等待uifdma_dbuf 的PL中断是否到来，如果到来就开始一帧计算。

1. while(1)
   
2. {
   
3.             if(fdma_irq_done)
   
4.             {
   
5.                     fdma_irq_done = 0;
   
6.                     Xil_DCacheInvalidateRange((INTPTR) VIDEOOUT_DBUF[fdma_buf], IMG_SIZE);
   
7.                     rgb2gray((xrgb *)VIDEOOUT_DBUF[fdma_buf], (xrgb *)VIDEO_GRAY_BUF_ADDR[(fdma_buf+1)%3],480, 640, 1280);
   
8.                         //frush cache data all into ddr
   
9.                     Xil_DCacheFlushRange((INTPTR)VIDEOOUT_DBUF[(fdma_buf+1)%3], IMG_SIZE);
   
10.             }
    
11. }

复制代码

6.2pl_intr.c程序
该程序中响应来自uifdma_dbuf的中断，每当一帧图形发送完毕即产生一次PL中断，在PL中断中读取uifdma_dbuf的当前缓存号.

1. void PS_RX_intr_Handler(void *param)
   
2. {
   
3.         fdma_irq_done = 1;
   
4.         fdma_buf = Xil_In32((UINTPTR)FDMA_DBUF_BASE_ADDR);
   
5. }

复制代码

6.3vdma_pl.c程序

本方案中VDMA的工作模式配置为了circle模式，并且帧同步延迟一帧，跟随uifdma_dbuf的帧同步进行同步。

1. int Video_Out_MM2SSetup(u16 DeviceID, XAxiVdma * InstancePtr , XAxiVdma_DmaSetup ReadCfg ,int Vsize, int  Hsize, int Stride)
   
2. {
   
3.         int Status;
   
4.         XAxiVdma_Config *Config;
   
5.         ReadCfg.VertSizeInput = Vsize;
   
6.         ReadCfg.HoriSizeInput = Hsize;
   
7.         ReadCfg.Stride = Stride;
   
8.         ReadCfg.FrameDelay = 1;  /* frame delay one frame */
   
9.         ReadCfg.EnableCircularBuf = 1;
   
10.         ReadCfg.EnableSync = 1;  /* enable Gen-Lock */
    
11.         ReadCfg.PointNum = 0;    /* No Gen-Lock */
    
12.         ReadCfg.EnableFrameCounter = 0; /* Endless transfers */
    
13.         ReadCfg.FixedFrameStoreAddr = 0; /* We are not doing parking */
    
14.         Config = XAxiVdma_LookupConfig(DeviceID);
    
15.         if (NULL == Config) {
    
16.                 xil_printf("XAxiVdma_LookupConfig failure\r\n");
    
17.                 return XST_FAILURE;
    
18.         }
    
19.         Status = XAxiVdma_CfgInitialize(InstancePtr, Config, Config->BaseAddress);
    
20.         if (Status != XST_SUCCESS) {
    
21.                 xil_printf("XAxiVdma_CfgInitialize failure\r\n");
    
22.                 return XST_FAILURE;
    
23.         }
    
24.         Status = XAxiVdma_DmaConfig(InstancePtr, XAXIVDMA_READ, &ReadCfg);
    
25.         if (Status != XST_SUCCESS) {
    
26.                 xil_printf("Read channel config failed %d\r\n", Status);
    
27.                 return XST_FAILURE;
    
28.         }
    
29.         /* Set the buffer addresses for transfer in the DMA engine
    
30.          * The buffer addresses are physical addresses
    
31.          */
    
32.         Status = XAxiVdma_DmaSetBufferAddr(InstancePtr, XAXIVDMA_READ,ReadCfg.FrameStoreStartAddr);
    
33.         if (Status != XST_SUCCESS) {
    
34.                 xil_printf("Read channel set buffer address failed %d\r\n", Status);
    
35.                 return XST_FAILURE;
    
36.         }
    
37.         return XST_SUCCESS;
    
38. }

复制代码

7方案演示
7.1硬件准备
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7.2实验结果
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