[米联客-XILINX-H3_CZ08_7100] FPGA_SDK高级篇连载-13摄像头拍照方案(FDMA+VDMA)

本帖最后由 FPGA课程于 2024-10-9 17:14 编辑

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

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

以上代码中OV5640数据格式转为RGB888输入到uifdma_dbuf的写端口，经过uifdma_dbuf后进入fdma，之后通过AXI_interconnect 进入到ZYNQ DDR中。

SDK代码中，PS(ARM)读取内存中保存的摄像头采样数据，并且通过HDMI实时显示。当按下快门按键的时候，点亮开发板的LED，同时把内存中的数据以BMP格式保存到SD卡中。

下面具体看下关键几个IP的参数设置

1:uifdma_dbuf设置

由于输入数据是视频数据流形式，所以需要使能视频传输功能，这里也只使用到了写通道，所以读通道也不需要使能。

一般对于摄像头采集，设置3帧缓存就够用。WBaseaddr缓存的基地址只要设置合适的值即可，这里设置0x08000000 =128MB，这样保留了低128MB给应用程序使用。

由于一幅图片的大小为1280*720*4= 3600Bytes 因此WDsizebits设置每个缓存的大小，2^23次方=8MBYTE够用。

在SDK中的地址空间分配对应如下：

#define BUF_BASE_SIZE 0x08000000
#define BUF_RANG_SIZE 0x800000
#define BUF1_ADDR BUF_BASE_SIZE + BUF_RANG_SIZE*0;
#define BUF2_ADDR BUF_BASE_SIZE + BUF_RANG_SIZE*1;

#define BUF3_ADDR BUF_BASE_SIZE + BUF_RANG_SIZE*2;

2:uiFDMA设置

Fdma的数据位宽可以设置128这样效率最高。

3:AXI Interconnect设置

设置FIFO可以增加数据的吞吐能力

以上代码中，调用了米联客uispi7606 IP CORE采集模拟数据，并且把采集好的数据写入到uifdmadbuf中，为了方便实验中观察数据，把第八个通道的AD数据改成了计数器。实际项目中可以把这个替换成第八个通道的ADC数据。

4.2设置地址分配

需要注意uifdma_dbuf的axi-lite接口地址，这个地址我们会在SDK 代码中用到读寄存器。

4.3添加PIN约束

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

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。

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

ZYNQ的SD1支持FAT文件系统，我们的ZYNQ SD1接到了TF卡上，因此可以把保存的图片放到TF卡中。为了使用文件系统，需要对库做一些设置：

5.2创建photograph_fdma——工程

6SDK程序分析
6.1 cam_photograph.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

#define VIDEO_OUT_HSIZE 1280*4
#define VIDEO_OUT_STRIDE 1280*4
#define VIDEO_OUT_VSIZE 720
#define IMG_SIZE VIDEO_OUT_HSIZE*VIDEO_OUT_VSIZE
#define BUF_BASE_SIZE 0x10000000
#define BUF_RANG_SIZE 0x800000
#define BUF1_ADDR BUF_BASE_SIZE + BUF_RANG_SIZE*0;
#define BUF2_ADDR BUF_BASE_SIZE + BUF_RANG_SIZE*1;
#define BUF3_ADDR BUF_BASE_SIZE + BUF_RANG_SIZE*2;
u8 *UIFDMA_DBUF[IMG_SIZE] __attribute__ ((aligned(256)));

复制代码

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

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

复制代码

3:设置VDMA的地址

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

复制代码

4:启动采集和停止采集

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

复制代码

5:本方案核心程序

核心程序中，不停读取按键的状态，当由按键按下，则当VDMA中断产生后，立马开始保存图片，这样做的目前是未来更好让图形静止在显示器中，模拟相机的拍照状态。另外在开发板上会有一个LED在保存图片的时候常亮。如果按键没有按下，则实时显示当前的摄像头图像。

while(1){
delay_cnt =0;
if(button_down() && cap_button == 0)//read button when button io is 0 enable img grap
cap_button =1;
else if(wfram1_cap_done == 1)//wait vmda s2mm write channel intrrupt
{
XGpio_DiscreteWrite(&rstn_5640, 1, 0x0);//stop camera
XGpio_DiscreteSet(&button_led, 1, AXI_GPIO_BIT1);//open led
//set img name
img_cnt++ ;
sprintf(imgName, "%04u.bmp", img_cnt) ;
printf("Write to SD Card...\r\n") ;
//frush cache data all into ddr
Xil_DCacheInvalidateRange((INTPTR) UIFDMA_DBUF[fdma_buf], IMG_SIZE) ;
//write img to sdcard
bmp_write(imgName, (char *)&BMODE_1280x720, (char *)UIFDMA_DBUF[fdma_buf], VIDEO_OUT_STRIDE) ;
printf("Successfully Take img, img Name is %s\r\n", imgName) ;
XGpio_DiscreteClear(&button_led, 1, AXI_GPIO_BIT1);//close led
cap_button =0;//clear for next
wfram1_cap_done =0;//clear for next
XGpio_DiscreteWrite(&rstn_5640, 1, 0x1);//restar camera
}
}

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

void PS_RX_intr_Handler(void *param)
{
fdma_buf = Xil_In32((UINTPTR)FDMA_DBUF_BASE_ADDR);
}

复制代码

7方案演示
7.1硬件准备

本实验需要用到 JTAG 下载器、USB 转串口外设，另外需要把核心板上的 2P 模式开关设置到 JTAG 模式，即 ON ON (注意新版本的 MLK-H3-CZ08-7100FC(米联客 7X 系列)，支持 JTAG 模式，对于老版本的核心板，JTAG 调试的时候一定要拔掉 TF 卡，并且设置模式开关为 OFF OFF)

7.2实验结果

按下按键拍照，拍照当前照片静止

用读卡器读取TF卡保存的图片

可以看到我们录制的视频中拍照的结果对比

本实验也提供了 CEPX3，双目摄像头的采集方案

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