米联客(MSXBO)USB3.0 UVC摄像头基于FT602Q芯片方案

硬件平台：适用XILINX 7系列FPGA(没有USB3.0接口的开发板需要购买FEP USB3.0子卡)

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1.1概述

UVC全称为USB Video Class，即：USB视频类，是一种为USB视频捕获设备定义的协议标准。是Microsoft与另外几家设备厂商联合推出的为USB视频捕获设备定义的协议标准，目前已成为USB org标准之一。支持 USB Video Class (UVC) standard 1.1可以让相机在所有的作业系统以及平台中使用(Windows, Linux, Mac etc.)。用户只需连接相机便可进行图像传输，而无需安装任何驱动程序。UVC相机最适合作为工业网络相机在视频会议、站亭系统、小型设备生产、物流业等应用中使用。

FT602是USB-to-FIFO接口SuperSpeed USB（USB 3.1 Gen 1）USB视频类（UVC）桥接芯片具有以下特点

1、支持USB 3.1 GEN 1超高速：

（5Gbps）/ USB 2.0高速（480Mbps）

2、支持USB传输类型：

控制/散装/中断

3、支持UVC 1.1版：

     支持最多4个视频输入通道

3、FIFO总线：

支持2个并行从FIFO总线协议，245 FIFO和多通道FIFO模式，数据突发速率高达400MB / s，32位并行接口

4、内置16kB FIFO数据缓冲RAM。

5、用于视频设备的内置I2C主接口

6、组态

支持多电压I / O：1.8V，2.5V和3.3V。

内部LDO 1.0V稳压器。

集成的上电复位电路。

用户可编程USB和UVC描述符。

工业工作温度范围：-40至85⁰C。

符合RoHS标准的紧凑型无铅QFN-76封装

1.2 硬件方案

1.2.1 芯片框图

2.2.2芯片封装

FT602Q的封装和FT601Q的封装是完全兼容的，而且是QFN封装，焊接方便

2.2.3 参考电路

可以看到参考电路非常简单，只需要几个电容和几个电阻就可以搞定这方案。

1.3代码结构

代码结构介绍以UVC相机，OV5640方案介绍：

其中关于FDMA的构架部分我们不再介绍，FMDA的IP在我们米联客视频缓存的方案中大量应用，具体的内容可以参考专门讲解FDMA的章节，对于FDMA使用不熟悉的，可以论坛给我们发帖。

         这里重点讲2个模块：

1、RGB2YUV-将RGB24BITS数据流转换为YUV422的数据流，

2、ft602_uvc_top配置ft602接口芯片，将YUV422的视频数据流发送给接口芯片

通过USB3.0连接线连接到PC机，形成一个照相机设备。

视频制式转换部分不再分析，我们看一下FT602的逻辑部分，结构如下：

可以看到顶层模块ft602_uvc_top.v包含了7个子模块。其中，sys_pll.v用于生成ft602模块所需的时钟，主要是生产视频时许所需的时钟27MHz (VGA), 74.25MHz (HD) and 148.5MHz (Full HD) 。

模块ft602_i2c_slv.v模拟一个IIC从机，FT602Q芯片通过该接口读取FPGA中视频信息，同时将上位机的配置信息通过该接口配置到FPGA。

模块ft602_uvc_reg.v包含了UVC协议对应的一些寄存器，关于视频制式的信息也从这里修改。

模块ft602_uvc_fsm.v是uvc在总线读写FIFO控制的状态机，四个通道，实际工程中，我们只使用一个通道。

模块Module ft602_pre_fet.v数据预读取，用于优化时序。类似于cache功能。

模块ft602_pch_inp.v为视频流处理模块，将IMG数据流转换为FT602Q对应的接口数据格式，通过FIFO缓存。

其中，ft602_patt_gen模块生成一个测试用的视频源。

模块ft602_img_rx处理IMG输入视频流数据或者前面生成的测试数据流，将视频格式的数据流转换为FT602总线对应的数据格式。

模块ft602_dclk_fifo控制双口ram，接收ft602_img_rx模块的视频流数据，同时对外提供FIFO读接口。

模块结构如下图：

注意，在我们的工程中，只是用了一个通道，也就是Video ch0 。

1.4下载测试

好的，工程结构了解后，编译工程，下载bit文件到开发板，连接板上usb3.0接口到PC机的USB3.0接口，连接IMG输入视频源。这时，就能在照相机设备中看到FT Superspeed Video Channel1的设备。

这证明我们的usb设备已经正确识别到了。

这时，打开win10系统自带的camera软件，就能看到从IMG接口输入的视频了。

但是，有时有些设备还是不能成功打开视频。这时，需要我们使用工具设置FT602Q的一些参数了。如下图：

首先，双击FT602WinUSBInstallation.exe安装驱动,安装上驱动之后就可以通过软件修改FT602的配置了。

在文件夹ConfigurationProgrammer中，打开软件FT602ChipConfigurationProg.exe

读取FT602Q芯片的配置信息，这里可以看到设备的基本信息，同时还包含FIFO的配置和IIC的配置，这部分基本采用默认方式就可以。点击FIFO Channel1选项卡，转到高级设置中：

注意，这里的BurstBuffer和FIFO Buffer都设置为最大的16K。同时我们也可以修改设备描述FT Superspeed Video Channel1，换成一个自定义的设备名。

高级选项中主要涉及到视频制式和处理的信息，这里我们只调整Controls选项卡下的SS Frame Info，这是因为我们做IMG传输需要使用的USB的超速传输模式。

来看一下SS Frame Info：

我们看到在视频制式信息里，已经包含了1080P 720P 640P的信息，但是，有的设备并不能直接识别哪一种分辨率，比如我们能这里使用：

OV5640设置1280X720   分辨率 60帧 时钟74.25M

9V034  设置 640X480   分辨率 60帧 时钟 25M

HDMI  设置 1920X1080 分辨率 30帧  时钟 74.25M

1.5 UVC OV5640相机测试

本例子中使用的是OV5640摄像头设置如下，然后将配置信息写入器件：

这样，重启是设备(重新插拔USB)，就可以在视频软件中打开设备了。

1.6 UVC 9V034相机测试

1.7 UVC HDMI相机测试