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2 k, c; p! U2 V. n* a6 Z
前言
) m) _, `' [- p6 B! N' C& {/ \( Z2 x BCameraLink協(xié)議4 x: B u: ~- @9 z
1 ?* l: |) S6 W8 n& i# y! X, p6 o- G; n
CameraLink協(xié)議是一種專門針對(duì)機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用領(lǐng)域的串行通信協(xié)議,它使用低壓差分信號(hào)(LVDS)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸和通信。CameraLink標(biāo)準(zhǔn)是在ChannelLink標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上多加了6對(duì)差分信號(hào)線,其中4對(duì)用于并行傳輸相機(jī)控制信號(hào),另外2對(duì)用于相機(jī)和圖像采集卡之間的串行通信(本質(zhì)就是UART的兩根線)。
2 K* O# l' {# y: s+ a* p2 S6 _# J/ Q7 n" O& J' D3 \
CameraLink標(biāo)準(zhǔn)的視頻傳輸模式分為三種:Base模式、Medium模式、Full模式。其中每個(gè)端口為8位數(shù)據(jù),CameraLink標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘頻率最大為85MHz。9 s/ h {5 C( w1 z4 e3 K! X
# o) k3 u* A* j$ Z5 W) z- p0 _
& z. G+ _4 U# q' g​+ o9 ` z5 N4 _4 ^2 e8 Y
3 T! v0 ?5 M; P# C: m圖10 ^4 u9 k, }' C6 `9 }8 w& s
# \8 i7 ?3 s1 g6 y3 hCameraLink + FPGA架構(gòu)視頻采集系統(tǒng)" f& x, O% {0 F: C& P1 h
6 L4 [! y; Q6 P& U
采用CameraLink + FPGA架構(gòu)的視頻采集與傳輸系統(tǒng),既可實(shí)現(xiàn)符合CameraLink協(xié)議的數(shù)字相機(jī),采集卡之間的通信與控制,同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像數(shù)據(jù)采集、轉(zhuǎn)換、緩存、實(shí)時(shí)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(qiáng)的通用性、實(shí)用性和擴(kuò)展性,靈活性也大大增強(qiáng)。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。
* K. J; G) |! W) Y
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圖2, g+ V4 D z* O! c/ }. G4 Y
, d0 C# y' b6 k
創(chuàng)龍科技(Tronlong)的Kintex-7、Zynq-7045/7100等FPGA板卡已實(shí)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(píng)估板的CameraLink視頻開發(fā)案例。9 Y6 z0 d$ P2 a8 K) M3 D
+ r7 u1 ` J! k( R4 Y3 K
1 硬件平臺(tái)
' o n& T, j& e' V h本文基于創(chuàng)龍科技TLK7-EVM評(píng)估板進(jìn)行演示。8 F5 _% R. ~! r [
N( O( |: @7 B- JTLK7-EVM是一款基于Xilinx Kintex-7系列FPGA設(shè)計(jì)的高端評(píng)估板,由核心板和評(píng)估底板組成。核心板經(jīng)過(guò)專業(yè)的PCB layout和高低溫測(cè)試驗(yàn)證,穩(wěn)定可靠,可滿足各種工業(yè)應(yīng)用環(huán)境。7 ` Z- w7 e+ C0 K. A
評(píng)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(jìn)行產(chǎn)品方案評(píng)估與技術(shù)預(yù)研。
0 n; [- u7 a( O7 h( t' P' H
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3 a+ N$ k/ n7 f) K2 k& l# b5 H5 F) l0 q
圖3 TLK7-EVM評(píng)估板
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* W" B. Q- z3 D開發(fā)案例主要包括:+ u3 _1 ~- `$ r- u: z. a: @
Ø CameraLink、SDI、HDMI、PAL視頻輸入/輸出案例
/ D1 m$ ~% ]7 M ^3 V; _. EØ 高速AD(AD9613)采集+高速DA(AD9706)輸出案例
9 U' c" l4 Q8 T% q, OØ AD9361軟件無(wú)線電案例1 L' r+ S- m1 ?- V
Ø UDP(10G)光口通信案例
5 N' B! o P' i' ^2 P, ~. r# zØ UDP(1G)光口通信案例
, G; v7 H% b7 U$ XØ Aurora光口通信案例
* y$ p& o8 E! z' B/ b8 mØ PCIe通信案例9 o8 i2 ]; H% Y( _" ?9 s3 J
* q @3 L, R, h9 o3 b! \2 y
案例源碼、產(chǎn)品資料(用戶手冊(cè)、核心板硬件資料、產(chǎn)品規(guī)格書)可點(diǎn)site.tronlong.com/pfdownload獲取。; B5 W( I+ T0 t
找廠家可申請(qǐng)TLK7-EVM評(píng)估板進(jìn)行快速評(píng)估,免費(fèi)哦!
; s1 c1 V8 |2 }% \9 q- j, G+ _% Q% ^, `; M
2 案例功能案例功能:評(píng)估板通過(guò)FMC視頻模塊TLCameraLinkF的CameraLink接口進(jìn)行分辨率為1280x1024的視頻采集,并通過(guò)TLCameraLinkF模塊的HDMI接口將采集到的視頻進(jìn)行輸出。6 _/ @$ O+ L0 a7 I- D
! N# b7 ^1 K+ ]7 B5 ^1 g7 M
# l5 F, ?$ z- Y) e/ i: V​* G2 k4 N2 s5 q" H! t, q
- d4 y3 N8 g3 ]
圖6 程序功能框圖2 f8 ?! f- a5 {& g1 ~
. b) h8 } E! b6 I; N3 x2 ^; U/ r* r" D* Z( f
3 案例演示- r: L" M! S( d, t& b
本案例支持三款CameraLink相機(jī),具體說(shuō)明如下。
$ C5 ~0 x& F( Q% y6 A/ z9 R" r9 `
$ d; A8 |6 u" N6 z: b廠家# ~8 W) ?' R9 e: l) w
| 相機(jī)型號(hào)
- W6 Q: P+ z4 {" [' U# x | 支持模式
; b- Q( b+ x ?3 \; r) |7 q | 相機(jī)性能
# n2 S: Y/ G" E* ?- ~( i | Microview- N; O5 b' A0 x* j
(北京微視)
" L. o& Z+ N* a4 Q0 f! u" n | RS-A5241-CM107-S00
/ @" ?8 B4 k( y6 j5 j& M5 z(黑白CameraLink相機(jī))
; x8 U- ?; g" i4 w. I | Full3 {$ }3 i+ _" ]' o* Y9 _
| 全幅面2560*2048下,幀率可達(dá)107fps
$ ?6 \% D; D+ B: p" I# n% V | Base
/ O- m* a0 [& W' G, k/ Q | RS-A5241-CC107-S00
F7 u5 \) y# H/ {! p. ~+ w9 W3 }* K(彩色CameraLink相機(jī))
; d" d" p4 C/ H" p | Full
7 i* Z1 g0 k9 @5 o8 ?- I9 W | 全幅面2560*2048下,幀率可達(dá)107fps
) _/ C8 a; @9 a* L# l" y6 y$ R | Base
7 }1 Q9 V4 m f! i3 l) g | MVC1381SAM-CL60-S00+ p$ s. L* o2 ]' { {5 G0 j$ F
(黑白CameraLink相機(jī))0 w4 h5 k! t) l+ ^0 ~7 s" z3 l
| Base
" X* Y' z! a# F: Q, T2 T" q | 全幅面1280*1024下,幀率可達(dá)60fps
5 B @# z. X. a- p7 ^ | 3 P$ a W; W( _+ \
Full模式硬件連接方法
( D" _+ v8 @4 t
" K. I7 f4 X2 \( z, c如采用Full模式,創(chuàng)龍科技的TLCameraLinkF模塊連接至評(píng)估板FMC2接口,評(píng)估板J1跳線帽選擇1.8V檔位,以配置FMC IO的BANK電壓為1.8V。7 a% I2 ?5 {2 P/ Q% `9 {$ j6 V
1 X, s( x. Q" y5 ^! `
將CameraLink相機(jī)的CL0通過(guò)數(shù)據(jù)線連接至TLCameraLinkF模塊的CameraLink1接口,將CameraLink相機(jī)的CL1通過(guò)數(shù)據(jù)線連接至TLCameraLinkF模塊的CameraLink2接口,將HDMI顯示屏通過(guò)數(shù)據(jù)線連接至TLCameraLinkF模塊的HDMI OUT接口。) Q8 e% t: ]) t! s0 p# z. _
​/ t( x; `: O+ [# p0 i
圖71 n9 R1 y: G7 i- z* @ K5 T
$ A* d5 {3 } nBase模式硬件連接方法
; {: G+ ` Q1 u2 W0 \# ~9 A0 A% I4 ^, Q5 p
如采用Base模式,將創(chuàng)龍科技的TLCameraLinkF模塊連接至評(píng)估板FMC2接口,評(píng)估板J1跳線帽選擇1.8V檔位,以配置FMC IO的BANK電壓為1.8V。
/ S2 c! l) C, y4 |. D4 V6 m+ h) s* [/ f& f- f) }! n$ J
將CameraLink相機(jī)的CL0通過(guò)數(shù)據(jù)線連接至TLCameraLinkF模塊的CameraLink1接口,將HDMI顯示屏通過(guò)數(shù)據(jù)線連接至TLCameraLinkF模塊的HDMI OUT接口。* v0 `7 c6 r0 }4 B. j/ I/ G
. g# j2 B! C1 d' J​
* _$ O( B3 A5 t0 e& F8 s圖83 r; B' [' z X5 B# J. Y
/ N/ O/ M4 F) x% d2 W# v( u6 n0 b! E! ?7 D
下面對(duì)三款不同型號(hào)的CameraLink相機(jī)在Full/Base模式下的操作進(jìn)行演示。: h( E7 m) L1 F% R
, q$ P+ M+ d7 Y- R0 _' j
(1) 黑白CameraLink相機(jī)RS-A5241-CM107-S00,F(xiàn)ull模式% R: t+ {0 g+ q; ]5 ^) @2 L
2 _: N# g6 c5 B% W
請(qǐng)運(yùn)行Full模式程序,即可看到串口調(diào)試終端打印如下信息。請(qǐng)先輸入"1"選擇相機(jī)型號(hào)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。3 R3 B2 }. m7 `* Q1 n
​
4 y2 n; H, S+ y6 ^. S# M# q圖9
2 f: t0 j- {, [' M% R2 s/ K3 G​
8 N) g) q# ]+ ]# y2 r0 J圖105 p" n7 K! T& \1 T' x' B/ c
+ j2 i% S& W2 Z% r) |. E2 ]! q4 X% J; m
(2) 彩色CameraLink相機(jī)RS-A5241-CC107-S00,F(xiàn)ull模式( w* y" J6 B; {) z
, V0 R0 \7 n- [* t* O5 k4 u- u# H
請(qǐng)運(yùn)行Full模式程序,即可看到串口調(diào)試終端打印如下信息。請(qǐng)先輸入"2"選擇相機(jī)型號(hào)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。1 [3 p# o% l8 x! M+ U! m/ h
​
+ m5 h* L# K; B$ q. R; R圖11
% Z: I( O: z; r7 E' m​
/ h! J& n, }" n& n# | 圖12
- p j: m1 _+ t5 V3 R備注:由于彩色CameraLink相機(jī)RS-A5241-CC107-S00無(wú)白平衡功能,故圖像顏色偏綠。
- {: }3 v+ s" V# J0 L- `
+ Z U- @0 P0 I5 b! Y* }(3) 黑白CameraLink相機(jī)RS-A5241-CM107-S00,Base模式" a: b% `6 y2 t( E" ^
]0 b& t) I& Z- Q* s6 d請(qǐng)運(yùn)行Base模式程序,即可看到串口調(diào)試終端打印如下信息。請(qǐng)先輸入"1"選擇相機(jī)型號(hào)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。
' y+ |+ T% v) Q- |. s' S5 U% e" u
3 }6 o& _, J9 B6 n2 u: z, [& Q​
9 L& R f; O$ D# G+ J圖13
, m0 B# y; } |! P/ s: y​7 }" n) f, n% O7 W7 F
圖14
3 f5 T3 j6 j- B f% A7 g! S# a# m
\5 o5 C; {0 E* e$ K(4) CameraLink相機(jī)RS-A5241-CC107-S00,Base模式/ U# W1 n. X9 x) C9 B3 i& U9 l
" r4 T3 i; E0 B2 l$ `- t. t8 u
請(qǐng)運(yùn)行Base模式程序,即可看到串口調(diào)試終端打印如下信息。請(qǐng)先輸入"2"選擇相機(jī)型號(hào)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。5 O1 C) u' `2 X: O: {) F! w: v
​' w Y9 V/ r$ _9 C" Z
圖150 X8 _9 g% E# T: R9 X. L0 a
​3 I" z" @1 S. R. ?0 [
圖166 ]# k I q) H/ V
9 I# U- f# F6 P/ [; S) {# [
備注:由于彩色CameraLink相機(jī)RS-A5241-CC107-S00無(wú)白平衡功能,故圖像顏色偏綠。0 h: F8 E$ V8 r8 w
9 X: {* E. C( {1 ]3 j m( \- f
6 D) v' B: ~* ]3 C4 m) c
(5) 黑白CameraLink相機(jī)MVC1381SAM-CL60-S00,Base模式
$ @6 D! q5 [- X9 Z
/ |; v# y3 f5 {0 n: Y5 B+ v& Q3 z請(qǐng)運(yùn)行Base模式程序,即可看到串口調(diào)試終端打印如下信息。請(qǐng)輸入"3"選擇相機(jī)型號(hào)為MVC1381SAM-CL60-S00。配置完成后,即可看到HDMI顯示屏輸出黑白圖像。' V; y4 U2 J# K2 l
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. R( P& D, D9 Q7 U1 J# e圖17
+ t, Y* |# b7 n/ c1 d​+ d4 G+ |$ {6 i$ o2 _3 S Z* m/ ?
圖18) v& V( C* E" y1 Q
$ _ g& W2 ^0 P1 ~ V
1 \6 n% `" e! p6 s
4 關(guān)鍵代碼(MicroBlaze)
9 {9 m- O/ ~( [MicroBlaze裸機(jī)源碼為"sw\baremetal_demo\project\cameralink_display\src\",關(guān)鍵代碼說(shuō)明如下。" P. D L. L3 z
9 C4 ^( o8 `: ]8 Y: G% l(1) main函數(shù)。: ]$ ?& `7 V- V D8 T% r* x8 A
; T( v' Y# i+ b% \% A L6 u- h- p
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6 s M0 G2 J% `$ Q& ^ M, |0 \0 ~! Y; ~/ ~1 F- Y: G
圖19
" e4 ?! q/ A+ b) x$ i4 f# e; J' X$ J​( j9 }, s8 ^+ w d1 `
) i9 @( i4 q5 T; m5 ^- e4 R
圖20' Q( I8 N# v4 b& [0 c
- Z3 d/ N/ @0 W$ b, d9 A6 w4 Y
& V8 c1 [" l! B2 U. o* {​
. K3 x" P+ K- @# l5 t/ t0 k' I1 @2 s* v* N" x: R
圖21. @% y( P3 i; I0 F3 c) B8 n
0 r4 {) t9 S; X(2) 初始化VDMA,將采集到的視頻數(shù)據(jù)緩存至DDR,再進(jìn)行HDMI視頻輸出。
/ S6 Z4 G$ H% K4 E; I4 Q" C
4 h3 K/ Y9 w9 e" e. _
! Y" I0 ]3 n& k1 [/ O8 e3 W​
, v: @7 c( \5 I# x7 p1 P2 l. @9 Y' b! v/ m; B& Q
圖22; V8 r6 R% w& t& u) P! I
5 K( m$ n7 j- I0 J ~3 z(3) 初始化Sil9022A。- A; F- |* I+ @! y) W9 f6 _ P
9 y# C4 S A/ [6 X4 ~2 c
8 a! u! X0 I4 p5 M# @​( V# K( l- v0 n5 B- ?
9 g+ z) ^2 e/ n& s f1 D
圖23
7 Z! ]% V6 A4 u; e6 g# t L6 {3 z1 h) ~- ]4 [9 S* r( M
(4) 初始化AXIS Switch IP核。
* M. v+ p' ^# X' b1 B
2 @! G0 I: Y# M* _/ l​
! b- D8 U: {2 F 圖24! h1 g+ q& \" v& I* W( a$ ~1 r+ G
. D' J" f0 p" o
: d# p) C* u+ Z2 t& X9 h初始化Sensor Demosaic IP核,以將彩色CameraLink相機(jī)的Bayer格式視頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為RGB格式。$ {, O7 `& n: s( g9 M7 n
' ^/ E$ H7 [4 m/ c+ {' T% U, e7 }/ x* T" i+ }
​+ O3 T* {0 I. B& o
, s7 M5 f/ [6 _! h) V7 x
圖25
. q3 f" t) q$ l0 W* a3 k5 M' z* H, n, X! S4 Z( E4 i" m; G/ t6 K% \( x
(5) 初始化Video Mixer IP核。! j8 y9 e0 V. U
. ~1 e0 M! H5 L6 @' }
​
; d' E( X" S, V0 S 圖26
; `+ s: R& D6 D) n7 e
; D/ l- a9 J `; v" y
( c( I) U2 t0 S* \5 P# K備注:關(guān)于Vivado工程說(shuō)明及模塊/IP配置詳細(xì)內(nèi)容,可下載產(chǎn)品資料進(jìn)行查看。 \+ E ~$ y, D8 a$ Q
# T' m* F C9 [. o% j4 n5 ]" y
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