基于Zynq的图像视频处理、显示平台

基于Zynq的图像视频处理、显示平台1、概述首先，我们来看一下XilinxApplicationNote中经常出现的一副结构图，图1所示，当然不可能所有图都一样，在结构上大同小异吧。这是一个比较典型的图像、视频处理平台的结构图。1.1、捕获视频通过HDMI接口进来，然后经VideoInput模块做格式变换，送入VDMA，该VDMA的作用是把数据送入在DDR3中所开辟的帧存中去。另一种是通过摄像头等设备获取视频源，经PS/PL将数据送入DDR3。就我目前的水平而言，个人感觉从PL部分将视频流送入DDR3最简单的方法是通过VDMA的axi4-stream接口，换句话说，将视频流转换为axi4-stream会降低处理难度，这种转换和VideoInput模块的工作是类似的。1.2、处理该部分包含两个VDMA和一个视频处理模块，一个VDMA负责从帧存中取数据，然后交给处理模块，处理完毕的结果经另一个VDMA送回帧存1.3、显示主要是显示控制模块，负责将数据按照标准时序输出送至显示器。图1视频处理、显示平台架构从图1可以看出，整个架构的核心是VDMA这个IP，所以搭建平台的关键是掌握VDMA的使用。2、VDMA的使用2.1、基本情况我们来看一下VDMA的结构框图，了解一下VDMA的基本情况。

图2VDMA框图如图2所示，VDMA的主要接口有3个，分别为AXI4MemoryMap、AXI4-Lite、AXI4-Stream。AXI4-Lite：这个接口详细是最常用的接口了，用于读写VDMA内部寄存器，从而实现对VDMA的控制和状态获取。AXI4-Stream：写通道(s2mm)：VDMA获取来自axis接口的数据并将之写入帧存读通道(mm2s)：VDMA从帧存读取数据，然后送至axis接口输出AXI4MemoryMap：这个接口手册没有讲具体作用，其实这个接口是用于操作DDR的，通过互联模块连接至Zynq的HP接口。2.2、使用方法：这部分有点像废话，和其他IP一样用就是了。i、新建工程ii、新建blockdesigniii、打开IPCatalog，输入关键字检索到VDMA，或者按类别找到IP核iv、双击VDMAIP，添加IP至blockdesignv、如有需要，再对IP进行参数配置。2.3、VDMA的配置关于VDMA的详细参数配置，请参考pg020，ProductGuide，这里把我认为比较重要的地方说一下。i、GenLockmodegenlock模式有4中选择，分别为：Master、Slave、DynamicMaster、DynamicSlave。选择不同的模式对模块的端口连接有不同的要求，所以这里要注意，改变模式，端口连接也要修改，如图3、图4所示。

图3

图4ii、LineBufferDepthLineBuffer设置不合理的话，会影响显示效果，甚至会造成无显示。iii、关于时钟刚开始上手时，建议把AXI4-Lite、AXI4、AXI-Stream这三个接口的时钟统一为像素时钟。上手之后，可以尝试三个接口使用不同的时钟。要注意AXI4接口时钟一定要大于等于AXI-Stream接口的时钟，否则会造成数据丢失。2.4、VDMA初始化流程1.WritecontrolinformationtothechannelVDMACRregister(Offset0x00forMM2Sand0x30forS2MM)tosetinterruptenablesifdesired,andsetVDMACR.RS=1tostarttheAXIVDMAchannelrunning.2.WritevalidvideoframebufferstartaddresstothechannelSTART_ADDRESSregister1toNwhereNequalsFrameBuffers(Offset0x5Cupto0x98forMM2Sand0xACupto0xE8forS2MM).SettheREG_INDEXregisterifrequired.3.WriteavalidFrameDelay(validonlyforGenlockSlave)andStridetothechannelFRMDLY_STRIDEregister(Offset0x58forMM2Sand0xA8forS2MM).4.WriteavalidHorizontalSizetothechannelHSIZEregister(Offset0x54forMM2Sand0xA4forS2MM).5.WriteavalidVerticalSizetothechannelVSIZEregister(Offset0x50forMM2Sand0xA0forS2MM).Thisstartsthechanneltransferringvideodata.上述寄存器的作用在图5中可以找到，某个寄存器每个bit的功能，请参考pg020，VDMA的ProductGuide，第2章ProductSpecification的RegisterSpace小节。

图5VDMA寄存器偏移地址及作用3、设计举例3.1、逻辑设计有了上文所做的铺垫，相信搭建出一个显示平台就不是非常难了，下面，我给出一个具体的框图，如图6所示。（本来想用顶层的blockdesign截图，发现IP布局、连线比较乱，看不清楚）。另外，大家还可以参考xapp792，大同小异，我之前的博客也提过如何搭建HDMI的显示平台，不过最近还是有网友提问如何搭建平台。其实，官网给出的资料往往是很具参考价值的，大家可以多多留意。图6逻辑设计举例这是一个图形绘制和显示平台，不是视频处理平台，视频处理平台稍有不同，一般而言，视频处理用到genlock和我这里不一样。图中所有信号和连接情况都和实际设计一样，能够体现出设计思路。vdma、axis2vout、vtc这三个IP，Vivado都是提供的，当然也可以自