威视锐ZYNQ开发板-ZingSK-CMOS视频采集与HDMI显示 多媒体, 开发, 成本, 接口, 协同

pengpengpang

一、概述
ZingSK开发套件采用核心板加底板的方式,方便用户使用自定义的低成本的底板. ZingSK配套的底板也拥有丰富的接口, ZingSK外观如图1.

图1

本实例主要使用底板上高清多媒体接口HDMI和扩展接口,扩展接口将CMOS模块的视频接入,并通过软硬件协同设计的方法来实现CMOS视频的采集和HDMI的显示.CMOS芯片将采集到的视频输入到ZYNQ PL部分,通过Xilinx提供的VideoIn_to_AXIStream的IP将数据转为AXI Stream的流格式,为保证传输速度,使用VDMA的IP将视频流数据转为MemoryMap的形式,通过PS与PL的HP高速接口DMA到外部的DDR3中;当需要显示时,Logicvc会从DDR3会取数据并以HDMI的时序送出,视频数据会显示在HDMI显示器上.
整体框图如图2所示.

图2

实例程序主要由两部分组成,硬件平台的搭建和嵌入式软件部分.
硬件平台的搭建,主要是PL部分,如添加视频输入输出IP,色空间转化的IP和VDMA以及控制IO等,还有PS部分,如配置DDR3,程序固化方式(SD卡, NAND Flash, SPI Flash),调试接口串口的配置以及IIC控制器的配置.
嵌入式软件,主要分为FSBL部分和Linux下的驱动和应用程序;FSBL主要完成IIC控制器的初始化,并配置HDMI芯片和CMOS输入芯片;Linux下完成各部分的驱动程序。
二、快速启动
HDMI显示可通过以下几步来完成测试.
1. 准备工作,
a. 带HDMI接口的显示器一台;
b. 6V-3A电源;
c. ZingSK开发套件;
2. 将ZingSK的启动模式调成TF卡模式,如下图;

图 2-1

3. 开发板连接6 V电源（JP1），不要打开电源。

图 2-2

4. 将包含了例程所需二进制文件的TF闪存卡，插入到Zing SK开发板的TF卡插槽内。

图 2-3

5. 用USB Type-A -USB Mini-B 电缆连接开发板UART与电脑。

图 2-4

6. 将CMOS摄像头和HDMI连接线连接到下图标识位置。

图2-5

7. 使用“设备管理器”，以确定COM端口。 打开一个串口调试程序，配置为115200/8/n/1/n。

图 2-6

8. 打开电源开关(SP1) ，开发板上电运行。

图 2-7

9. 在串口调试工具的窗口将会显示Linux的引导过程。

图 2-8

10. 约半分钟左右，将自动运行测试例程，HDMI显示器将会有图像输出

图 2-9

三、硬件平台搭建
嵌入式平台的主要分为PS和PL两部分配置.
使用XPS,配置ZYNQ的处理器PS部分,外设中选择下图.

图 2-10

选择UART0为了输出调试信息,选择IIC0是使用该控制器来配置HDMI输出芯片SiI9134;IIC1用来配置CMOS相关参数。它们都使用了EMIO的方法来配置HDMI和CMOS。
其它都为默认配置,根据板卡实际的DDR3芯片,配置DDR3控制器,作为程序的内存空间;如图7

图3-1

PL部分主要是添加必要的IP来完成CMOS的采集和HDMI的输出.使用到的IP如下图.

图3-2

四、嵌入式软件设计
1.FSBL部分设计
软件主要分为两部分,FSBL与Linux下的程序;FSBL主要完成ZYNQ平台的启动,内存的初始化,IO的中断初始化,以及CMOS与HDMI的配置。其中，CMOS的配置通过IIC1来配置，HDMI接口通过IIC0来配置。具体如下：
FSBL中IIC的主要C程序如下,具体函数请参阅官方手册;
IIC的控制,
//初始化IIC控制器
XIicPs_LookupConfig(…);
XIicPs_CfgInitialize(…);
//设置IIC时钟频率
XIicPs_SetSClk(…);
//发送数据
iic_writex(… );
IIC0配置HDMI,需要查阅SiI9134的手册,需要将用到的寄存器全部配置,整理的配置数据如下;
SiI9134有两个寄存器,需要分别配置;
对于0x72为基址的寄存器,数据如下,前8位为寄存器地址,后16位为配置数据;
{0x05, 0x00, 0x01}, // soft reset
{0x05, 0x00, 0x00}, //
{0x08, 0x00, 0xfd} // enable hs/vs
对于0x7a为基址的寄存器数据下,
{0x2f, 0x00, 0x21}, HDMI mode
{0x3e, 0x00, 0x03}, // CEA-861D InfoFrame
{0x40, 0x00, 0x82}, //
{0x41, 0x00, 0x02},
{0x42, 0x00, 0x0d},
{0x43, 0x00, 0xe7},// checksum
{0x44, 0x00, 0x10},//rgb
{0x45, 0x00, 0x68},
{0x46, 0x00, 0x00},
{0x47, 0x00, 0x00},
{0x3d, 0x00, 0x07} //nomal mode
IIC1配置CMOS的具体配置参数如下，
{0x20,0xc0,0x00},// Mirror Row and Columns
{0x09,0x03,0x37},// Exposure
{0x05,0x00,0x00},// H_Blanking //
{0x06,0x00,0x19},// V_Blanking
{0x0A,0x80,0x00},// change latch
{0x2B,0x00,0x0b},// Green 1 Gain
{0x2C,0x00,0x0f},// Blue Gain
{0x2D,0x00,0x0f},// Red Gain
{0x2E,0x00,0x0b},// Green 2 Gain
{0x10,0x00,0x51},// set up PLL power on
PLL_m_Factor<<8+PLL_n_Divider-----------18 //96M
{0x11,0x19,0x04}, // 25M
{0x12,0x00,0x04},// PLL_p1_Divider
{0x10,0x00,0x53},// set USE PLL
{0x98,0x00,0x00},// disble calibration
{0x01,0x03,0xe8},// set start row
{0x02,0x03,0xe8},// set start column
{0x03,0x03,0xbf},
{0x04,0x06,0x3F},
{0x22,0x00,0x01},// set row mode in bin mode
{0x23,0x00,0x01},// set column mode in bin mode
{0x49,0x00,0xA8},// row black target //49s
{0x0B,0x00,0x01} // RESTART(U)
2.LINUX部分
开发环境：Windows7-32位、VMware 9.0 + Ubuntu 12.04、arm- xilinx- linux-gnueabi交叉编译环境
嵌入式Linux: zynq_base_trd_14.3(基于ZingSK修改)

LED例程运行需要一系列二进制文件如下表所示：

文件名	描述
BOOT.BIN	由EDK bootgen工具创建，包含 FSBL (First Stage Boot Loader), FPGA bit-stream, U-Boot(基于zynq_base_trd_14.3构建)
uImage	Linux kernel(基于zynq_base_trd_14.3内核编译)
devicetree.dtb	Device Tree Blob
uramdisk.image.gz	根文件系统
init.sh	运行应用程序
cmos_hdmi.elf	测试程序

表1-1
1)、Device Tree修改部分：
修改显示模式为1080P：
xylon-video-params {
pixel-data-invert = <0>;
pixel-clock-active-high = <1>;
pixel-component-format = "ARGB";
pixel-component-layer = <0>,<1>;
active-layer = <0>;
videomode = "1920x1080";
……
2)、应用程序流程：

图3-3

应用代码片段：
VDMA设置，CMOS->VDMA->DDR：
if ((fd_vdma = open("/dev/xvdma", O_RDWR)) < 0)
{
printf("Cannot open device node xvdma\n");
// exit(1);
}
xvdma_dev.device_id = vdma_id;
if (ioctl(fd_vdma, XVDMA_GET_DEV_INFO, &xvdma_dev) < 0)
{
printf("%s: Failed to get info for device id:%d", __func__, vdma_id);
}
if(vdma_direction == DMA_DEV_TO_MEM) // frome device to memory
{// rx
chan_cfg.chan = xvdma_dev.rx_chan;
buf_info.chan = xvdma_dev.rx_chan;
buf_info.mem_type = DMA_DEV_TO_MEM;
}
else // from memory to devie
{
chan_cfg.chan = xvdma_dev.tx_chan;
buf_info.chan = xvdma_dev.tx_chan;
buf_info.mem_type = DMA_MEM_TO_DEV;
}
…….
配置CMOS摄像头API：
void setup_cmos_camera(int cmd, int value)
{
int fd;
fd = open ("/dev/mt9p031",O_RDWR);
if (fd < 0) {
perror("open");
//exit(-1);
}
printf ("\n/dev/mt9p031 opened, fd=%d\n",fd);
if(ioctl(fd, cmd, &value) < 0)
perror("ioctl");
close(fd);
}
五、实例小结
本实例主要利用ZYNQ的逻辑部分去完成视频的采集显示,利用ZYNQ
的PS部分运行Linux操作系统,从而完成复杂的控制与人机界面工作.
运行操作系统后,可以实现复杂的界面程序,并可方便的使用鼠标键盘,网络等接口,体现出ZYNQ的另一优势.