【正点原子FPGA连载】第二十四章OV5640摄像头HDMI显示-领航者ZYNQ之嵌入式开发教程

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在“OV5640摄像头LCD显示”实验中，我们采用以VDMA为中心的架构设计，实现了OV5640摄像头在LCD屏上的显示。本次实验进一步延伸，我们将OV5640摄像头采集的视频显示在带有HDMI接口的显示器上。
本章包括以下几个部分：
32424.1HDMI简介
24.2实验任务
24.3硬件设计
24.4软件设计
24.5下载验证
24.1HDMI简介
有关HDMI的详细介绍，请参见“HDMI彩条显示”实验。
24.2实验任务
本节实验任务是使用领航者开发板及OV5640摄像头实现图像采集，并通过带有HDMI接口的显示器实时显示。
24.3硬件设计
OV5640模块说明请参考“OV5640摄像头LCD显示实验”,摄像头扩展接口原理图请参考“OV7725摄像头LCD显示实验”的硬件设计部分，HDMI接口部分的硬件设计请参考“HDMI彩条显示”实验中的硬件设计部分。
本次实验的系统架构与“OV5640摄像头LCD显示”实验基本相似，只是把读通道最后端的显示接口部分换成了HDMI显示，当然也不需要传送LCD ID的AXI_GPIO IP核了。系统架构如下图所示：

图 24.3.1 系统架构框图

我们将“HDMI彩条显示”实验中的HDMI驱动部分封装成IP核，以便直接在IP Integrator设计画布中进行调用。有关在Vivado中自定义IP核的操作步骤，请参见“自定义IP核”实验。在IP Integrator设计画布中封装后的HDMI驱动IP核如下图所示：

图 24.3.2 HDMI驱动IP核

HDMI驱动IP核的Video_In输入接口连接到AXI_Stream to Video Out的输出接口,其需要两个输入时钟：“pclk”和“pclk_x5”，均由动态时钟生成IP核来提供。其复位信号由动态时钟生成IP核的锁定指示locked信号来驱动。如下图所示：

图 24.3.3 HDMI驱动IP核的时钟和复位信号

连线后的Block Design如下图所示：

图 24.3.4 整体系统框图

接下来验证当前设计。验证完成后弹出对话框提示没有错误或者关键警告，点击“OK”。如果验证结果报出错误或者警告，则需要重新检查设计。
为工程添加约束文件，约束文件如下：

• 
  
  
  1. #----------------------摄像头接口的时钟---------------------------
     
  2. [*]#72M
     
  3. [*]create_clock -period 13.888 -name cam_pclk [get_ports cam_pclk]
     
  4. [*]set_property CLOCK_DEDICATED_ROUTE FALSE [get_nets cam_pclk_IBUF]
     
  5. [*]
     
  6. [*]#----------------------HDMI接口---------------------------
     
  7. [*]set_property -dict {IOSTANDARD TMDS_33 } [get_ports TMDS_tmds_clk_n]
     
  8. [*]set_property -dict {IOSTANDARD TMDS_33 PACKAGE_PIN L14} [get_ports TMDS_tmds_clk_p]
     
  9. [*]set_property -dict {IOSTANDARD TMDS_33 PACKAGE_PIN K19} [get_ports {TMDS_tmds_data_p[0]}]
     
  10. [*]set_property -dict {IOSTANDARD TMDS_33 } [get_ports {TMDS_tmds_data_n[0]}]
      
  11. [*]set_property -dict {IOSTANDARD TMDS_33 PACKAGE_PIN M14} [get_ports {TMDS_tmds_data_p[1]}]
      
  12. [*]set_property -dict {IOSTANDARD TMDS_33 } [get_ports {TMDS_tmds_data_n[1]}]
      
  13. [*]set_property -dict {IOSTANDARD TMDS_33 PACKAGE_PIN L16} [get_ports {TMDS_tmds_data_p[2]}]
      
  14. [*]set_property -dict {IOSTANDARD TMDS_33 } [get_ports {TMDS_tmds_data_n[2]}]
      
  15. [*]set_property -dict {IOSTANDARD LVCMOS33 PACKAGE_PIN G17} [get_ports tmds_oen]
      
  16. [*]
      
  17. [*]#----------------------摄像头接口---------------------------
      
  18. [*]set_property -dict {PACKAGE_PIN P15 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports cam_rst_n]
      
  19. [*]set_property -dict {PACKAGE_PIN R17 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports cam_pwdn]
      
  20. [*]set_property -dict {PACKAGE_PIN P16 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports {cam_data[0]}]
      
  21. [*]set_property -dict {PACKAGE_PIN V15 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports {cam_data[1]}]
      
  22. [*]set_property -dict {PACKAGE_PIN W15 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports {cam_data[2]}]
      
  23. [*]set_property -dict {PACKAGE_PIN T12 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports {cam_data[3]}]
      
  24. [*]set_property -dict {PACKAGE_PIN U12 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports {cam_data[4]}]
      
  25. [*]set_property -dict {PACKAGE_PIN V12 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports {cam_data[5]}]
      
  26. [*]set_property -dict {PACKAGE_PIN W13 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports {cam_data[6]}]
      
  27. [*]set_property -dict {PACKAGE_PIN T14 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports {cam_data[7]}]
      
  28. [*]set_property -dict {PACKAGE_PIN T17 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports cam_href]
      
  29. [*]set_property -dict {PACKAGE_PIN T15 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports cam_pclk]
      
  30. [*]set_property -dict {PACKAGE_PIN R18 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports cam_vsync]
      
  31. [*]#cam_scl:
      
  32. [*]set_property -dict {PACKAGE_PIN P18 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports {emio_sccb_tri_io[0]}]
      
  33. [*]#cam_sda:
      
  34. [*]set_property -dict {PACKAGE_PIN N17 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports {emio_sccb_tri_io[1]}]
      
  35. [*]
      
  36. [*]set_property PULLUP true [get_ports {emio_sccb_tri_io[1]}]
      
  37. [/list]
      

  复制代码
  
  
  最后在左侧Flow Navigator导航栏中找到PROGRAM AND DEBUG，点击该选项中的“ Generate Bitstream”，对设计进行综合、实现、并生成Bitstream文件。
  在生成Bitstream之后，在菜单栏中选择 File > Export > Export hardware导出硬件，并在弹出的对话框中，勾选“Include bitstream”。然后在菜单栏选择File > Launch SDK，启动SDK软件。
  24.4软件设计
  打开SDK后，我们创建一个Application Project，向工程中的添加的源文件与“OV5640摄像头LCD显示”实验完全相同，请读者参考“OV5640摄像头LCD显示”实验的“软件设计”部分。
  不同之处在于main.c源文件，由于显示设备是带有HDMI接口的显示器，所以不需要进行ID的读取，也不需要根据ID号来设置视频参数，我们直接将视频参数设置为固定即可。
  main函数的代码如下所示：
  
  • 1 #include
  • 2 #include
  • 3 #include
  • 4 #include "xil_types.h"
  • 5 #include "xil_cache.h"
  • 6 #include "xparameters.h"
  • 7 #include "xaxivdma.h"
  • 8 #include "xaxivdma_i.h"
  • 9 #include "display_ctrl_hdmi/display_ctrl.h"
  • 10 #include "vdma_api/vdma_api.h"
  • 11 #include "emio_sccb_cfg/emio_sccb_cfg.h"
  • 12 #include "ov5640/ov5640_init.h"
  • 13
  • 14 //宏定义
  • 15 #define DYNCLK_BASEADDR XPAR_AXI_DYNCLK_0_BASEADDR //动态时钟基地址
  • 16 #define VDMA_ID XPAR_AXIVDMA_0_DEVICE_ID //VDMA器件ID
  • 17 #define DISP_VTC_ID XPAR_VTC_0_DEVICE_ID //VTC器件ID
  • 18
  • 19 //全局变量
  • 20 //frame buffer的起始地址
  • 21 unsigned int const frame_buffer_addr = (XPAR_PS7_DDR_0_S_AXI_BASEADDR
  • 22 + 0x1000000);
  • 23 XAxiVdma vdma;
  • 24 DisplayCtrl dispCtrl;
  • 25 VideoMode vd_mode;
  • 26
  • 27 int main(void)
  • 28 {
  • 29 u32 status;
  • 30 u16 cmos_h_pixel; //ov5640 DVP 输出水平像素点数
  • 31 u16 cmos_v_pixel; //ov5640 DVP 输出垂直像素点数
  • 32 u16 total_h_pixel; //ov5640 水平总像素大小
  • 33 u16 total_v_pixel; //ov5640 垂直总像素大小
  • 34
  • 35 cmos_h_pixel = 1280; //设置OV5640输出分辨率为1280*720
  • 36 cmos_v_pixel = 720;
  • 37 total_h_pixel = 2570;
  • 38 total_v_pixel = 980;
  • 39
  • 40 emio_init(); //初始化EMIO
  • 41 status = ov5640_init( cmos_h_pixel, //初始化ov5640
  • 42 cmos_v_pixel,
  • 43 total_h_pixel,
  • 44 total_v_pixel);
  • 45 if(status == 0)
  • 46 xil_printf("OV5640 detected successful!rn");
  • 47 else
  • 48 xil_printf("OV5640 detected failed!rn");
  • 49
  • 50 vd_mode = VMODE_1280x720;
  • 51
  • 52 //配置VDMA
  • 53 run_vdma_frame_buffer(&vdma, VDMA_ID, vd_mode.width, vd_mode.height,
  • 54 frame_buffer_addr,0,0,BOTH);
  • 55 //初始化Display controller
  • 56 DisplayInitialize(&dispCtrl, DISP_VTC_ID, DYNCLK_BASEADDR);
  • 57 //设置VideoMode
  • 58 DisplaySetMode(&dispCtrl, &vd_mode);
  • 59 DisplayStart(&dispCtrl);
  • 60
  • 61 return 0;
  • 62 }
    
  
  
  代码中的第35-38行设置OV5640的输出图像的分辨率大小为固定的1280*720，然后40-48行就是初始化EMIO和ov5640。由于我们使用HDMI显示器来显示视频画面，不需要做出像“OV5640摄像头LCD显示”实验中的根据ID来配置显示模式这样的动作，所以第50行将vd_mode结构体变量直接赋值固定值VMODE_1280x720。代码的剩下部分依次初始化VDMA、VTC和动态时钟配置IP核。
  24.5下载验证
  编译完工程之后我们就可以开始下载程序了。将OV5640摄像头模块插在领航者Zynq开发板的“OLED/CAMERA”插座上，并将HDMI电缆一端连接到开发板上的HDMI插座、另一端连接到显示器。将下载器一端连电脑，另一端与开发板上的JTAG端口连接，连接电源线并打开电源开关。
  在SDK软件下方的SDK Terminal窗口中点击右上角的加号设置并连接串口。然后下载本次实验硬件设计过程中所生成的BIT文件，来对PL进行配置。最后下载软件程序，下载完成后，在下方的SDK Terminal中可以看到应用程序打印的信息，如下图所示：
  
  图 24.5.1 串口打印的信息
  
  同时，显示器上显示出OV5640摄像头采集的图像，说明本次OV5640摄像头HDMI显示的实验在领航者ZYQN开发板上验证成功，如下图所示：
  
  图 24.5.2 实验结果