【正点原子FPGA连载】第二十二章 OV5640摄像头HDMI显示--摘自【正点原子】领航者ZYNQ之嵌入式开发指南_V1.2

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第二十二章OV5640摄像头HDMI显示

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：

1         

1         

1.1        HDMI简介

1.2        实验任务

1.3        硬件设计

1.4        软件设计

1.5        下载验证

HDMI简介

有关HDMI的详细介绍，请参见“HDMI彩条显示”实验。

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。

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 0.1 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 0.2 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 0.3 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 0.4 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. 
   
3. #72M
   
4. 
   
5. create_clock -period 13.888 -name cam_pclk [get_ports cam_pclk]
   
6. 
   
7. set_property CLOCK_DEDICATED_ROUTE FALSE [get_nets cam_pclk_IBUF]
   
8. 
   
9. 
   
10. 
    
11. #----------------------HDMI接口---------------------------
    
12. 
    
13. set_property -dict {IOSTANDARD TMDS_33                 } [get_ports TMDS_tmds_clk_n]
    
14. 
    
15. set_property -dict {IOSTANDARD TMDS_33  PACKAGE_PIN L14} [get_ports TMDS_tmds_clk_p]
    
16. 
    
17. set_property -dict {IOSTANDARD TMDS_33  PACKAGE_PIN K19} [get_ports {TMDS_tmds_data_p[0]}]
    
18. 
    
19. set_property -dict {IOSTANDARD TMDS_33                 } [get_ports {TMDS_tmds_data_n[0]}]
    
20. 
    
21. set_property -dict {IOSTANDARD TMDS_33  PACKAGE_PIN M14} [get_ports {TMDS_tmds_data_p[1]}]
    
22. 
    
23. set_property -dict {IOSTANDARD TMDS_33                 } [get_ports {TMDS_tmds_data_n[1]}]
    
24. 
    
25. set_property -dict {IOSTANDARD TMDS_33  PACKAGE_PIN L16} [get_ports {TMDS_tmds_data_p[2]}]
    
26. 
    
27. set_property -dict {IOSTANDARD TMDS_33                 } [get_ports {TMDS_tmds_data_n[2]}]
    
28. 
    
29. set_property -dict {IOSTANDARD LVCMOS33 PACKAGE_PIN G17} [get_ports tmds_oen]
    
30. 
    
31. 
    
32. 
    
33. #----------------------摄像头接口---------------------------
    
34. 
    
35. set_property -dict {PACKAGE_PIN P15 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports cam_rst_n]
    
36. 
    
37. set_property -dict {PACKAGE_PIN R17 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports cam_pwdn]
    
38. 
    
39. set_property -dict {PACKAGE_PIN P16 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports {cam_data[0]}]
    
40. 
    
41. set_property -dict {PACKAGE_PIN V15 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports {cam_data[1]}]
    
42. 
    
43. set_property -dict {PACKAGE_PIN W15 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports {cam_data[2]}]
    
44. 
    
45. set_property -dict {PACKAGE_PIN T12 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports {cam_data[3]}]
    
46. 
    
47. set_property -dict {PACKAGE_PIN U12 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports {cam_data[4]}]
    
48. 
    
49. set_property -dict {PACKAGE_PIN V12 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports {cam_data[5]}]
    
50. 
    
51. set_property -dict {PACKAGE_PIN W13 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports {cam_data[6]}]
    
52. 
    
53. set_property -dict {PACKAGE_PIN T14 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports {cam_data[7]}]
    
54. 
    
55. set_property -dict {PACKAGE_PIN T17 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports cam_href]
    
56. 
    
57. set_property -dict {PACKAGE_PIN T15 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports cam_pclk]
    
58. 
    
59. set_property -dict {PACKAGE_PIN R18 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports cam_vsync]
    
60. 
    
61. #cam_scl:
    
62. 
    
63. set_property -dict {PACKAGE_PIN P18 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports {emio_sccb_tri_io[0]}]
    
64. 
    
65. #cam_sda:
    
66. 
    
67. set_property -dict {PACKAGE_PIN N17 IOSTANDARD LVCMOS33} [get_ports {emio_sccb_tri_io[1]}]
    
68. 
    
69. 
    
70. 
    
71. set_property PULLUP true [get_ports {emio_sccb_tri_io[1]}]

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。

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 <stdio.h>
   
2. 
   
3.   #include <stdlib.h>
   
4. 
   
5.   #include <string.h>
   
6. 
   
7.   #include "xil_types.h"
   
8. 
   
9.   #include "xil_cache.h"
   
10. 
    
11.   #include "xparameters.h"
    
12. 
    
13.   #include "xaxivdma.h"
    
14. 
    
15.   #include "xaxivdma_i.h"
    
16. 
    
17.   #include "display_ctrl_hdmi/display_ctrl.h"
    
18. 
    
19.   #include "vdma_api/vdma_api.h"
    
20. 
    
21.   #include "emio_sccb_cfg/emio_sccb_cfg.h"
    
22. 
    
23.   #include "ov5640/ov5640_init.h"
    
24. 
    
25. 
    
26. 
    
27.   //宏定义
    
28. 
    
29.   #define DYNCLK_BASEADDR  XPAR_AXI_DYNCLK_0_BASEADDR  //动态时钟基地址
    
30. 
    
31.   #define VDMA_ID          XPAR_AXIVDMA_0_DEVICE_ID    //VDMA器件ID
    
32. 
    
33.   #define DISP_VTC_ID      XPAR_VTC_0_DEVICE_ID        //VTC器件ID
    
34. 
    
35. 
    
36. 
    
37.   //全局变量
    
38. 
    
39.   //frame buffer的起始地址
    
40. 
    
41.   unsigned int const frame_buffer_addr = (XPAR_PS7_DDR_0_S_AXI_BASEADDR
    
42. 
    
43.                                           + 0x1000000);
    
44. 
    
45.   XAxiVdma     vdma;
    
46. 
    
47.   DisplayCtrl  dispCtrl;
    
48. 
    
49.   VideoMode    vd_mode;
    
50. 
    
51. 
    
52. 
    
53.   int main(void)
    
54. 
    
55.   {
    
56. 
    
57.       u32 status;
    
58. 
    
59.       u16 cmos_h_pixel;                    //ov5640 DVP 输出水平像素点数
    
60. 
    
61.       u16 cmos_v_pixel;                    //ov5640 DVP 输出垂直像素点数
    
62. 
    
63.       u16 total_h_pixel;                   //ov5640 水平总像素大小
    
64. 
    
65.       u16 total_v_pixel;                   //ov5640 垂直总像素大小
    
66. 
    
67. 
    
68. 
    
69.       cmos_h_pixel = 1280;                //设置OV5640输出分辨率为1280*720
    
70. 
    
71.       cmos_v_pixel = 720;
    
72. 
    
73.       total_h_pixel = 2570;
    
74. 
    
75.       total_v_pixel = 980;
    
76. 
    
77. 
    
78. 
    
79.       emio_init();                         //初始化EMIO
    
80. 
    
81.       status = ov5640_init( cmos_h_pixel,  //初始化ov5640
    
82. 
    
83.                             cmos_v_pixel,
    
84. 
    
85.                            total_h_pixel,
    
86. 
    
87.                            total_v_pixel);
    
88. 
    
89.       if(status == 0)
    
90. 
    
91.           xil_printf("OV5640 detected successful!\r\n");
    
92. 
    
93.       else
    
94. 
    
95.           xil_printf("OV5640 detected failed!\r\n");
    
96. 
    
97. 
    
98. 
    
99.       vd_mode = VMODE_1280x720;
    
100. 
     
101. 
     
102. 
     
103.       //配置VDMA
     
104. 
     
105.       run_vdma_frame_buffer(&vdma, VDMA_ID, vd_mode.width, vd_mode.height,
     
106. 
     
107.                               frame_buffer_addr,0,0,BOTH);
     
108. 
     
109.       //初始化Display controller
     
110. 
     
111.       DisplayInitialize(&dispCtrl, DISP_VTC_ID, DYNCLK_BASEADDR);
     
112. 
     
113.       //设置VideoMode
     
114. 
     
115.       DisplaySetMode(&dispCtrl, &vd_mode);
     
116. 
     
117.       DisplayStart(&dispCtrl);
     
118. 
     
119. 
     
120. 
     
121.       return 0;
     
122. 
     
123.   }

复制代码

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。

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 0.1 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 0.2 实验结果