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0 ~% }! Q4 o* X2 N前言; J8 P5 V; x. m0 P% c9 U
CameraLink協(xié)議) n1 R) L9 N* n! Y# h- ]: ^7 {) A
* l2 A9 ^: I* j6 D6 T
CameraLink協(xié)議是一種專門針對機器視覺應(yīng)用領(lǐng)域的串行通信協(xié)議，它使用低壓差分信號(LVDS)進行數(shù)據(jù)的傳輸和通信。CameraLink標準是在ChannelLink標準的基礎(chǔ)上多加了6對差分信號線，其中4對用于并行傳輸相機控制信號，另外2對用于相機和圖像采集卡之間的串行通信(本質(zhì)就是UART的兩根線)。: E0 p% E+ {. u( C8 v7 X+ g
+ A2 r9 t/ q; C z
CameraLink標準的視頻傳輸模式分為三種：Base模式、Medium模式、Full模式。其中每個端口為8位數(shù)據(jù)，CameraLink標準的規(guī)定標準時鐘頻率最大為85MHz。& ~( x( O6 i* s3 n1 {7 X" w$ ?
- X7 [+ \4 k4 }6 z3 B" r) P' K- {
' ]8 ?3 t, d0 V! b7 Q, @' ~- y- l* `![]() ![]() ​
# |5 V$ p& L! G8 Z0 H5 [- z( t, q
圖1
3 O$ z- S# y5 X" \0 U; w6 t6 ?# `& t4 S
CameraLink + FPGA架構(gòu)視頻采集系統(tǒng). }: x8 ?8 P* b3 u$ ?, v _
" o9 s: U+ S% p; w8 x采用CameraLink + FPGA架構(gòu)的視頻采集與傳輸系統(tǒng)，既可實現(xiàn)符合CameraLink協(xié)議的數(shù)字相機，采集卡之間的通信與控制，同時實現(xiàn)對圖像數(shù)據(jù)采集、轉(zhuǎn)換、緩存、實時處理、輸出等。該架構(gòu)系統(tǒng)穩(wěn)定性可靠，精度高，不易受干擾，具有較強的通用性、實用性和擴展性，靈活性也大大增強。CameraLink技術(shù)現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于航空航天、軍事、醫(yī)療、交通等領(lǐng)域。
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; {0 T0 i; `, H7 _# P( i![]() ![]() ​9 Q4 m/ J4 w8 w# S, x
4 c4 ?5 T: q8 U/ x% H9 L! N
圖2
& _+ E. @: U1 q$ G' n% m# N/ z% y; ~: f$ ?
創(chuàng)龍科技(Tronlong)的Kintex-7、Zynq-7045/7100等FPGA板卡已實現(xiàn)CameraLink視頻采集與處理方案。本文將為您分享基于Kintex-7 FPGA評估板的CameraLink視頻開發(fā)案例。8 D g9 b& O7 V# j% n, d8 H
# O0 u+ X; P% }& z. n- ]* [
1 硬件平臺* Z0 Z8 @8 t' K4 Q8 w( M
本文基于創(chuàng)龍科技TLK7-EVM評估板進行演示。; y/ P1 v3 H( h/ {1 Q
, `3 F2 A% @, u) _0 H0 r4 x
TLK7-EVM是一款基于Xilinx Kintex-7系列FPGA設(shè)計的高端評估板，由核心板和評估底板組成。核心板經(jīng)過專業(yè)的PCB layout和高低溫測試驗證，穩(wěn)定可靠，可滿足各種工業(yè)應(yīng)用環(huán)境。
: c5 I6 R5 _% [1 [! [8 Q評估板接口資源豐富，引出FMC、SFP+、PCIe、SATA、HDMI等接口，方便用戶快速進行產(chǎn)品方案評估與技術(shù)預研。
- p s1 t: X1 X/ N' b+ I) ]4 W# E S5 g) X
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% q# l$ u$ @" G- r, B& n( L2 [2 z5 E1 S
圖3 TLK7-EVM評估板
) \6 ^. @$ n0 d _5 ^0 [% H1 S+ g1 a
/ u* x) G) U% d N. H/ _; ~開發(fā)案例主要包括：4 V$ ?3 k: M2 ~2 T! A4 e* |8 W* ^7 t
Ø CameraLink、SDI、HDMI、PAL視頻輸入/輸出案例
5 L$ Z; s% A. [/ t$ P/ s- OØ 高速AD(AD9613)采集+高速DA(AD9706)輸出案例6 b+ x `& Y# f6 E
Ø AD9361軟件無線電案例! p; E" ^- u% j8 G4 R$ }
Ø UDP(10G)光口通信案例' }" E# S. D- H. B% e) y
Ø UDP(1G)光口通信案例
8 \& L/ C9 v. SØ Aurora光口通信案例
* t7 r( T( t/ u7 v5 G" B% Q1 z- g" p6 nØ PCIe通信案例5 h' G0 n, p; ^2 k. y9 t& K
: T; Q/ U. ]1 I( i, [! i$ K$ N* a案例源碼、產(chǎn)品資料（用戶手冊、核心板硬件資料、產(chǎn)品規(guī)格書）可點site.tronlong.com/pfdownload獲取。 T8 o: Z) p! q( F H+ P
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( t. F# O! z; u {; Q# w
" p8 y' i0 T6 H- w+ l' `2 案例功能案例功能：評估板通過FMC視頻模塊TLCameraLinkF的CameraLink接口進行分辨率為1280x1024的視頻采集，并通過TLCameraLinkF模塊的HDMI接口將采集到的視頻進行輸出。! Z- ]# J7 s8 w& I6 L/ U/ }# w7 t
+ a) ?1 p7 O u- A- q# ^8 _8 M
G/ [) f) r$ F8 u) t
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* ? ~2 W4 Q' v4 W; k9 P( X( a7 ]
4 A+ u7 l7 ^! L+ ]# W x$ V圖6 程序功能框圖
% }$ Z- F3 W! B' l( ?8 K) P/ S
" l0 W2 ?) ?: ?6 j1 |8 E/ J
2 H+ j5 E$ y/ \; Z9 a3 案例演示" z7 I4 l D4 ~8 S0 f
本案例支持三款CameraLink相機，具體說明如下。0 K$ h. \! j* t n
& R' P% ]4 ?6 D9 q9 S X5 d) G廠家' @, X# e0 ]1 f) q2 L4 w
| 相機型號; n) P- Z: b% m
| 支持模式; ]5 r( D2 K) _6 k- U8 ?. M8 w9 t$ X
| 相機性能
+ q5 S% M' t5 b% y | Microview! Q' }& M) T& K+ Y. U$ i
（北京微視）- o/ |& Z$ \- e' W* x3 a
| RS-A5241-CM107-S00$ j, d, w3 z) V' Q9 a5 |; r
（黑白CameraLink相機）
* @2 }; _+ M8 s4 H | Full
* H& g3 E6 N5 p# q! o( W* q | 全幅面2560*2048下，幀率可達107fps
4 C: u! A/ k. o3 B- ]1 y1 c7 a$ [ | Base8 v: C- g/ G- A: f6 A
| RS-A5241-CC107-S002 H% x. Y2 ?/ ]+ I1 h) {$ H- E* T
（彩色CameraLink相機）
3 a% Z- [" H3 j g0 h7 u& | | Full
- K( L" W% }, K/ o5 F; W: ] | 全幅面2560*2048下，幀率可達107fps9 w( V& _% H4 p+ x W
| Base8 Y, C' h3 \' \" ]) l! E- D6 J
| MVC1381SAM-CL60-S007 A0 Q+ m, i& o# u7 j% j
（黑白CameraLink相機）1 _2 X% h0 P+ T, S! s5 A! `
| Base4 k( W R! U* W- E* s
| 全幅面1280*1024下，幀率可達60fps) L, m! k! J5 T( m
|
* g# D. G- B4 D: Q
Full模式硬件連接方法
% a, F! r$ u7 |# X# z. O
2 |- ^; a* x) z N7 C; ?6 F如采用Full模式，創(chuàng)龍科技的TLCameraLinkF模塊連接至評估板FMC2接口，評估板J1跳線帽選擇1.8V檔位，以配置FMC IO的BANK電壓為1.8V。
! D$ c* K2 J$ _- n& n. d9 T0 O
$ j6 v% |$ ?: h將CameraLink相機的CL0通過數(shù)據(jù)線連接至TLCameraLinkF模塊的CameraLink1接口，將CameraLink相機的CL1通過數(shù)據(jù)線連接至TLCameraLinkF模塊的CameraLink2接口，將HDMI顯示屏通過數(shù)據(jù)線連接至TLCameraLinkF模塊的HDMI OUT接口。6 S' b. l h$ e* S' a; l
![]() ![]() ​+ h; t/ R$ P/ W1 b. ^* n) _
圖7
: g; q4 X. @( \ o6 K K# V
% v: @6 ~2 _% @2 ~5 Q9 V8 sBase模式硬件連接方法" V2 q& B8 ^7 o+ W D0 ~% A0 g
) ?2 z6 C) L' t; x2 p2 u, j如采用Base模式，將創(chuàng)龍科技的TLCameraLinkF模塊連接至評估板FMC2接口，評估板J1跳線帽選擇1.8V檔位，以配置FMC IO的BANK電壓為1.8V。
9 ^: E7 G3 B! t F9 g, H) s& B0 h Z' o& m
將CameraLink相機的CL0通過數(shù)據(jù)線連接至TLCameraLinkF模塊的CameraLink1接口，將HDMI顯示屏通過數(shù)據(jù)線連接至TLCameraLinkF模塊的HDMI OUT接口。3 d) [3 B$ }1 [; w {2 B) ~: w/ e; }6 }
7 D7 u% M+ J+ Y5 u![]() ![]() ​2 E2 w7 }) n% J6 d3 e; Y
圖8
+ m; _! `7 O3 W* o+ I; p
$ v- s9 A( v5 X! O' y" X+ _5 R) p6 m; ]; G: r
下面對三款不同型號的CameraLink相機在Full/Base模式下的操作進行演示。- H5 z/ u$ o. C3 K7 Y
% |! G; e) P3 l# n* V1 A
（1） 黑白CameraLink相機RS-A5241-CM107-S00，F(xiàn)ull模式
( o9 G( E7 Q; ]" }! Z' u+ `
" | ^2 S" H* A請運行Full模式程序，即可看到串口調(diào)試終端打印如下信息。請先輸入"1"選擇相機型號為RS-A5241-CM107-S00，再輸入"1"選擇為Full模式。配置完成后，即可看到HDMI顯示屏輸出黑白圖像。6 f% ~. a s. S' b
![]() ![]() ​
( W. X9 ^7 R7 H% X6 @$ f0 ?圖9
1 ^# d8 d& o, e$ C![]() ![]() ​
- J2 V, N* C+ B5 O$ _ a圖10
. c8 \; j8 A! N: t. O Q% a, w1 Z* |+ P. @! D# `/ O- V
（2） 彩色CameraLink相機RS-A5241-CC107-S00，F(xiàn)ull模式# d E0 c3 @ U8 }
$ l! N6 {- n) R" N請運行Full模式程序，即可看到串口調(diào)試終端打印如下信息。請先輸入"2"選擇相機型號為RS-A5241-CC107-S00，再輸入"1"選擇為Full模式。配置完成后，即可看到HDMI顯示屏輸出彩色圖像。
' r6 k w# ?3 \2 @8 {/ n: i0 X![]() ![]() ​
: ]( m) G2 _ l7 V8 Q/ a8 p4 K" u圖113 s4 t' p% c9 R t/ H `: Y
![]() ![]() ​
6 M. s, q. S! F" e3 ]* S! L 圖12, R" S# @: L+ I i
備注：由于彩色CameraLink相機RS-A5241-CC107-S00無白平衡功能，故圖像顏色偏綠。$ j ~: A- S8 y& p; O9 r6 s
3 Q( C% i& u* Z% ?1 F8 |
（3） 黑白CameraLink相機RS-A5241-CM107-S00，Base模式0 j9 a- g9 S3 q& q5 t5 Z2 e
1 J& u2 S6 H; c' {+ z
請運行Base模式程序，即可看到串口調(diào)試終端打印如下信息。請先輸入"1"選擇相機型號為RS-A5241-CM107-S00，再輸入"2"選擇為Base模式。配置完成后，即可看到HDMI顯示屏輸出黑白圖像。
L# H, |4 b$ h! J6 i- m, a2 L% S6 P$ P$ g
![]() ![]() ​/ b: ^) O+ b7 O8 F$ O
圖13( S. B9 {$ Y; h; E& R1 e6 q
![]() ![]() ​
( D! S5 R: S9 x3 l7 g圖14
1 T6 S" B) j$ Y g% x+ v$ H, i* f$ u) ~8 z0 K
（4） CameraLink相機RS-A5241-CC107-S00，Base模式
2 m; U& G; H6 w* ?6 Z" O. J
5 I+ [& R2 q) n6 t3 z7 M2 F請運行Base模式程序，即可看到串口調(diào)試終端打印如下信息。請先輸入"2"選擇相機型號為RS-A5241-CC107-S00，再輸入"2"選擇為Base模式。配置完成后，即可看到HDMI顯示屏輸出彩色圖像。
1 ^1 L, d+ m8 B2 F! X- Z2 F m![]() ![]() ​7 D; e- Z/ R5 @8 ]
圖15
( X5 n: Q v! h _![]() ![]() ​6 y% K& N7 T4 n
圖16
, K- i8 g) W9 N; P" P# ?* T6 W, [
5 M* C; F8 m3 K, y8 W& [& F備注：由于彩色CameraLink相機RS-A5241-CC107-S00無白平衡功能，故圖像顏色偏綠。
9 G& E6 W0 S1 _7 @
- r- s/ K6 t" m u1 ^8 l6 U" ~+ d
+ _) h; @$ ?, q. m2 J5 |6 n（5） 黑白CameraLink相機MVC1381SAM-CL60-S00，Base模式
7 M8 d2 K& K2 q6 i3 c
' V0 o. E8 \; n: I請運行Base模式程序，即可看到串口調(diào)試終端打印如下信息。請輸入"3"選擇相機型號為MVC1381SAM-CL60-S00。配置完成后，即可看到HDMI顯示屏輸出黑白圖像。7 t$ K3 I; p, x. d2 S9 M+ c
![]() ![]() ​
8 ?% F/ S) k3 [圖17
6 H; h" ]5 @. ?. g K![]() ![]() ​: g$ w# x! U9 j3 ], T; E, _3 }3 p
圖18, @) Z" i& p7 w8 A2 _
5 q8 e& w& j/ G5 B2 P3 }8 I6 M: `5 B3 X% H6 g8 [; W" J; F- N
4 關(guān)鍵代碼(MicroBlaze)
( K; v/ }5 D2 f6 P- A. KMicroBlaze裸機源碼為"sw\baremetal_demo\project\cameralink_display\src\"，關(guān)鍵代碼說明如下。4 M. R1 T$ J, D$ q8 n* O4 a# }
- X7 K+ m. W/ T0 r( j$ a3 D（1） main函數(shù)。5 j- B2 I4 }# s$ U3 y
0 }" {# m! p ?& b1 D: J7 H7 W1 C![]() ![]() ​1 O6 ]* U3 \1 ^9 I1 B4 I7 f$ I
! Y9 X6 o" F. B9 W1 X2 ?# ?7 W% ?圖19; y6 ]/ o; n2 I. G0 b7 Y$ w, o
![]() ![]() ​3 Q3 e6 V3 e$ F4 u$ W0 R0 Y
, B, p C0 N e! ?) e
圖20
4 f c# y7 ]7 w$ T7 |0 S' R; N1 ], W, }9 `
4 q' Y U9 M+ ]2 V
![]() ![]() ​
& `7 |& W% L& l, z2 C( g, d5 z6 T
圖218 e- H5 P- Z' Q9 j0 J
/ N* r8 Y, n/ \/ P6 I' K
（2） 初始化VDMA，將采集到的視頻數(shù)據(jù)緩存至DDR，再進行HDMI視頻輸出。
) l" R- Y% f; V4 G0 h
8 F ]( s" q ~( f4 u! M ]6 ^! [ h& u' q
![]() ![]() ​
- J8 p4 i: d# c h' W2 ]! I( t/ ]% H( x3 C% A) s
圖22
+ a9 k" p b/ F: f. I% ~" K
; H+ t; z6 g4 D3 b) R l) G（3） 初始化Sil9022A。+ g n& y# S0 Q* |' ]
7 u4 X) ~2 a5 n/ T
0 ?2 c4 c5 f8 g% e4 n! m: r, R+ q![]() ![]() ​; h: e( S) B: f( q" B
6 p* ]* S, |6 J, A- V+ i圖23
# u! j2 T% f" y! T6 x3 [8 n8 w0 H
* l0 Y5 S# C, Y（4） 初始化AXIS Switch IP核。. I. e9 l& I+ d0 H% d" {! ~" F
y2 x; O3 _2 V; @![]() ![]() ​
$ q0 G, [9 c% s% ]+ O: F 圖242 X# `8 I. {7 Y @4 w; g+ B7 z
. S- B( f9 b" w7 l( z, ]4 @; H b* d
/ N- X2 I" }/ Y5 z' ~, U
初始化Sensor Demosaic IP核，以將彩色CameraLink相機的Bayer格式視頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為RGB格式。
' h! k* L+ K1 ]5 V3 y# d+ g# d2 X/ E
# [, J( h" P/ u& [" J2 B![]() ![]() ​
+ P$ Q3 m; L+ P$ s$ n2 n
4 q' w/ L2 X* j; p' ]1 l圖251 k+ R: S0 A8 w x" G( j }8 \, B$ S
1 t$ i+ s: A. b（5） 初始化Video Mixer IP核。
~0 J) w. s; t7 V, l: |. i4 Q/ ?) A) M
![]() ![]() ​2 E" i+ [' o) y1 V4 H- F7 t
圖264 N# c; K' ?* h4 @$ `6 t3 d; { d
0 `$ d: D/ P% i/ U5 ~9 G: G% Z. f. @% p# [2 ~9 I
備注：關(guān)于Vivado工程說明及模塊/IP配置詳細內(nèi)容，可下載產(chǎn)品資料進行查看。
& W8 U( W! d4 V+ i, Q5 s! L3 q1 G4 ?* e
' O0 u' v4 t- U! u% b
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