基于VDMA的远程图像采集系统参考设计

作者：Jackie Gao，AMD工程师；来源：AMD开发者社区

本参考设计基于ZYNQ开发板， 使用VDMA做原始图像采集系统，在petalinux下做服务器，通过Socket发送图像至Windows或者Linux上位机。

作为验证，可以连接CMOS，或者使用AXI TPG生成仿真的图像数据。

教程中所有涉及的设计及代码均在Windows和Linux平台下作了验证。

系统设计

1. 系统设计框图参考如下。

a. 通过Video In to AXI4-Stream将CMOS输出的VSYNC，HSYNC以及数据信号转换成视频流。注意CMOS的输入时钟PCLK与AXI4-Stream工作在不同的频率。

b. 紧跟其后面实例化了一个AXI VDMA，用于接收输出的视频流。AXI VDMA通过其M_AXI_S2MM端口连接至ZYNQ的HP0端口，以访问PS侧的DDR控制器，用作VDMA的Frame Buffer。

由于图像在传输过程中可以会出现当前的Frame Buffer被VDMA再次写入的情况，所以我们将Frame Buffer数量调至16，以减小 图像被污染的概率。如果想完全解决这个问题，需要配置VDMA的GenLock使用，我们会在之后的设计的讲解。

c. 系统还实例化了一个AXI IIC控制器，用于初始化CMOS的寄存器，使其能够正确的工作在期望的频率。也可选用PS侧的IIC控制器。

2. BD中需要分配各个IP地址如下，可以用Vivado的自动地址分配工具完成。

软件架构

系统框图

开发板上运行petalinux，用作视频的服务器。在Windows/Ubuntu上位机位移植embeddedsw，并通过socket配置CMOS和接收图像。最后把图像通过QT显示。

环境需求

硬件环境

• ZYNQ-7000开发板

• OV5640或者AXI TPG仿真

• Windows10/11或者Ubuntu20.04主机

软件环境

• Vivado Design Suite 2022.2

• Petalinux 2022.2

• CMake > 2.15

• OpenCV3.3.1

• QT5.15.2

• Windows + Visual Studio或者Linux + GCC

代码结构

硬件

• hw文件夹里面里面包含vivado工程，直接用vivado 2022.2打开

• 打开后综合实现，并生成bitfile.

固件

• 此参考设计用petalinux制作系统启动镜像，完整的petalinux工程位于fw目录下。

• 执行petalinux-build可以编译

• 执行petalinux-package –boot –u-boot –force –fpga XXX.bit 生成BOOT.BIN文件

软件

• axi vdma和axi iic的驱动软件移植自embeddedsw，主要的改动包括修改xil_io.c和xil_mem.c文件，用socket的驱动替换默认的Xil_In32和Xil_Out32的实现，以及内存读写的功能。

• 软件支持windows和Linux的主机，采用cmake环境。如果在windows下，可以选择Visual Studio作为编译工具。编译过程如下:

1. cd sw

2. mkdir build

3. cmake .. && make

 测试结果

• 在petalinux下生成的BOOT.BIN文件放成SD卡，启动开发板。

• 运行qt应用程序，可以看到图像可以被正确的采集。