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! G' X; e, S* H+ `, A1 }前言9 @! Z$ _0 v$ U
CameraLink協(xié)議( w6 X+ K6 w3 g q
- v* U- G* S: c0 Q$ [CameraLink協(xié)議是一種專門針對(duì)機(jī)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(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)。: s% }( O/ M0 M- q& l
) a( Y$ z1 j" xCameraLink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。
( z3 a6 \- @1 j6 x$ U" y& c5 r/ L8 C& Z! E3 S
& P$ ?: }6 U. G( o
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) c, X2 I* r. \: G" X
6 h2 N7 i+ w0 x4 H* s6 D圖1( s7 ~# `' |. E8 U' g- j! }
1 {. a; Y9 j; D. N4 \2 Y1 ^
CameraLink + FPGA架構(gòu)視頻采集系統(tǒng)( z8 Y% Y4 Q, s" F4 Q# B
" y. `+ K* Q* C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。7 @# i2 x9 `6 `6 A1 ~; V& a% n' C
; ~( Z* G- U4 g" C$ c g
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% s& x6 l) w! a8 v4 c
圖2+ {1 i5 H$ _& k1 q t$ K
8 I" Q9 u( i: C! `$ E
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。
4 E5 i; t/ I- [. R( u& ?/ G+ ?; }% H
3 W1 [+ z7 ?+ A' w% `. i! u1 硬件平臺(tái)5 B( g! p7 D; v( Q8 H% r
本文基于創(chuàng)龍科技TLK7-EVM評(píng)估板進(jìn)行演示。
% q. J& g* @ ~3 j& J+ r
! h1 Y Z2 K8 S. ZTLK7-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。! j b. e; R: [! m6 M) \/ M1 ^
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。
, R- |! u! b. M8 x) o( m* w+ V! i, ?" k; K; F5 s& g
![]() ![]() ​0 Y. J' b. x5 {6 H7 a
8 U: z. ]/ @% Q; O5 Y+ H圖3 TLK7-EVM評(píng)估板5 d2 O {% C* X
& A. R$ R% Q( `& q8 o+ q; r開發(fā)案例主要包括：9 f4 {! i) I4 K( H# y: I* n
Ø CameraLink、SDI、HDMI、PAL視頻輸入/輸出案例
7 z% W! D: J+ R3 l+ ZØ 高速AD(AD9613)采集+高速DA(AD9706)輸出案例8 u) q+ w# {5 B/ S$ s
Ø AD9361軟件無線電案例
8 `8 A" M% W, p/ ^" ?Ø UDP(10G)光口通信案例
5 k8 W+ x, y8 y2 M" G5 ~Ø UDP(1G)光口通信案例
_7 c; M* c2 X0 k3 r9 }+ H5 a _. JØ Aurora光口通信案例
) q; Q+ t7 w, C" _" AØ PCIe通信案例
3 G# R8 H4 O7 \, ^
/ O6 I* S( q( M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。9 [' b! y, \1 v- C k# T1 u6 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！6 h9 y0 V( T! D1 ^9 t
# N- C \- q: B. I; Z, E2 案例功能案例功能：評(píng)估板通過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TLCameraLinkF模塊的HDMI接口將采集到的視頻進(jìn)行輸出。 h' D& g1 P7 k: e
- J( G# D# B) A* U Q) T! a$ `
- ?. E5 k# ^6 Y![]() ![]() ​
, ]2 b# }- W: I# y# C
+ U1 C2 K3 K% g/ R圖6 程序功能框圖! j' m8 B, J2 @% C" W9 x' n& u
[- V: r* K4 g: X. k. h$ l8 |% R+ z; a# S& J
3 案例演示
6 B/ ?$ S7 v3 f本案例支持三款CameraLink相機(jī)，具體說明如下。
3 J$ I( C I# `8 R6 Y! T5 h! s
4 o5 a4 M% M( e- e# A6 W廠家
7 v% U# R8 x; ~" p9 i5 ] | 相機(jī)型號(hào)& G& z' T1 N1 D) g+ [
| 支持模式
6 ]8 X& }; {0 S$ } | 相機(jī)性能
1 K3 ~" s% B9 l5 c | Microview
) L. \) X- T% ]. J（北京微視）7 [* `9 ~, Y: {% O2 Y" q& r' D
| RS-A5241-CM107-S002 Z8 j h% [4 v) [, M
（黑白CameraLink相機(jī)）- ~' o0 U: X8 W
| Full) t; v: Z4 C" _* F2 l. O0 o; {
| 全幅面2560*2048下，幀率可達(dá)107fps
! l/ F8 }0 |# S4 ]: n# X$ q | Base5 z& R) e! ~) J7 V. X% H5 b( z. A
| RS-A5241-CC107-S00
4 {7 s, R2 r( [8 ^# v5 h8 U（彩色CameraLink相機(jī)）
; D% j3 @2 o+ z | Full
% H% N! j/ Q/ q9 z; g7 p. x2 x | 全幅面2560*2048下，幀率可達(dá)107fps
' \8 v6 \6 K; o | Base
8 `% C, k1 s( B# V. w2 d% f1 ~3 M | MVC1381SAM-CL60-S00
' S) {5 n7 V$ o; d+ D（黑白CameraLink相機(jī)）
# a/ G4 b# j- N+ U: c | Base3 o! P5 I" ~/ P+ w- @
| 全幅面1280*1024下，幀率可達(dá)60fps
: r: n& l* q7 [1 u6 D/ U |
$ [" c# ?8 l5 H( V1 C3 a/ tFull模式硬件連接方法, o9 {/ m8 m6 `6 U) k$ C
! N/ K& I9 O1 O# V" _& e
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 y ], e/ j% V2 ~6 k5 K* W1 ~% y P4 n% i1 q
將CameraLink相機(jī)的CL0通過數(shù)據(jù)線連接至TLCameraLinkF模塊的CameraLink1接口，將CameraLink相機(jī)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。
, Z# K0 c2 L+ G+ }( T![]() ![]() ​/ y# \5 \: n9 A
圖7
4 w1 C! M/ h9 o* l# ~" K6 I
6 U. W) Y, U, gBase模式硬件連接方法5 G2 b/ L% N! k6 J
5 B. [6 \" `! F. _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。
, C w, n' G# f- f, v; @9 W& j- h" x% k! Y
將CameraLink相機(jī)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。# t; Q8 O: K' x8 z M8 s# O
7 D0 Z. j4 z7 s3 n8 r% n: k V![]() ![]() ​# a y) j4 R. r3 w
圖8! d1 v% k7 ]+ Q3 G
, a9 Z' B \2 i5 y
: S# [' ~! t! o. [# T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。0 l4 b: t5 S% \+ V5 \2 @& {5 `
! ]+ h% e7 T' I. c（1） 黑白CameraLink相機(jī)RS-A5241-CM107-S00，F(xiàn)ull模式1 V' R# ]# P7 L% N4 z
8 \$ o, p4 a4 Q2 g
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。. L% G7 L4 c, m/ m+ b& i7 T
![]() ![]() ​ A# J8 R/ W4 D: j9 _
圖92 T, v9 H! f( W& F. y. D5 I
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2 n }; c% V, h5 J6 H7 V圖10
6 Y- j8 ^ y; B9 z/ B0 \
1 t3 P' j; v0 |& E- t+ _4 t（2） 彩色CameraLink相機(jī)RS-A5241-CC107-S00，F(xiàn)ull模式$ z5 n4 M9 D6 F3 G. {( z: a) k
& j6 d( i6 ^# y$ K( Y. [% v& b
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。" V$ T8 s7 a& D6 q" @' I6 | w2 }; l' h2 Y
![]() ![]() ​
0 d' b8 U; j; g6 k' q圖11# C% N) v- n+ X$ `$ O
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圖126 v/ C7 z! O6 z) M. t5 G
備注：由于彩色CameraLink相機(jī)RS-A5241-CC107-S00無白平衡功能，故圖像顏色偏綠。! ~* n0 q n2 J, d1 \5 q0 ^
5 X4 d+ v0 h: f% t; E
（3） 黑白CameraLink相機(jī)RS-A5241-CM107-S00，Base模式
5 e; |% I+ C$ P. D3 e
* H3 ^. n/ ~' v1 I' |6 k5 Q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。
; K2 j! X1 `/ v% N+ {) `0 L
# ?$ F- D. M( e! _![]() ![]() ​
" V- ? X: ?; o9 K# ~- J圖13
, A1 b* t* y4 H0 d/ J![]() ![]() ​' E8 y+ f( z- V/ z( Z
圖148 g& E9 _% b: S0 ^$ P. ]' F2 ?# S
, y0 l9 X. e. B5 }! D8 P7 h（4） CameraLink相機(jī)RS-A5241-CC107-S00，Base模式 B) J2 y1 X7 R$ a
5 L; S, c) e; y3 ^$ b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。
. H$ n7 U5 N6 a, r. o; N6 Q![]() ![]() ​
/ c( i7 C/ v) r) U 圖15) K, t! b% Y2 n$ C
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2 L0 P" u/ ]& s# M4 W圖167 W/ @4 o _+ B; J% X& @( F
4 ^3 j; d$ S% w8 w7 e$ r& W2 [
備注：由于彩色CameraLink相機(jī)RS-A5241-CC107-S00無白平衡功能，故圖像顏色偏綠。9 g3 K2 E9 N3 {" U$ R
; i2 v" _9 u7 M2 v8 ^
( j3 V# i+ m6 U r3 d5 L6 r（5） 黑白CameraLink相機(jī)MVC1381SAM-CL60-S00，Base模式$ T+ B! M4 L& w
( }: j( X4 \- C4 h) N5 L1 a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。% E1 q6 `2 z/ | x# M
![]() ![]() ​1 y) D: u1 k! j0 a% w* G7 Z
圖17
; v( w. o0 f; }5 [2 x![]() ![]() ​8 o3 r2 C( W+ N% Z! |$ Q- `) f
圖18
1 i- `- Z# W' o! h% X" n: M+ n: p, `: m- }- s" c c
/ A! n2 S) N3 M" Z" k/ Y4 關(guān)鍵代碼(MicroBlaze)
( W# _' |) v3 F! F' l8 _7 VMicroBlaze裸機(jī)源碼為"sw\baremetal_demo\project\cameralink_display\src\"，關(guān)鍵代碼說明如下。
# v' V+ K3 G5 f: j$ v9 r6 e6 |" }6 k* ^9 w
（1） main函數(shù)。
9 D, w- b0 V0 P" l) a; w* _1 d, Y0 V; l( }& r
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: W& f+ L* G+ ^2 }% I+ R1 B; H- b/ M
圖197 @& y: {, j H/ N
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2 Z. ~( I. r2 K8 e* ^1 c( j5 f3 M6 E( F L* ~: B9 S
圖208 O @! h/ H' `/ {0 ?. m
% ~3 T/ A0 n% F& B' y4 y& H6 K" J
% @/ n% i T7 s* E) K' c8 Y& i![]() ![]() ​' q2 a2 r1 r; [, d" I
* g* O2 `; t. t) Y+ u; L圖21
- a1 N# E. {5 s0 G4 }- c6 W. T. L8 j- l$ e% D, c/ @/ [3 t
（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。
$ q) s! Y' I3 [' X+ [. r# ]- y* {' K5 J/ l0 l( `
, q" P ~# L; H/ M/ _! t![]() ![]() ​
6 Q `2 {4 V$ r6 j, t$ e3 c7 v& Z/ x9 c+ F) v
圖22% p# k/ a/ S) B* _' y) J% @
3 n n, u0 K6 W% s% L& w0 M# {. ~
（3） 初始化Sil9022A。
' e6 D4 w1 r6 R$ K- }
% N9 x6 p1 N0 D/ K# v; Q" k- n* ?2 a! r
![]() ![]() ​. w: ^$ |' Q2 s7 W/ q5 O7 I7 j
% I% H3 P X/ `, U6 ~) |圖23
: p! \ p P4 W9 |
' w P1 h" y0 `: ?& H（4） 初始化AXIS Switch IP核。* Y: u$ S* N! j. f1 w7 Z- P
9 A+ \! I0 Q$ d0 I8 t: S- n+ K![]() ![]() ​
/ \- M8 t) e _- p' \ 圖24; f7 I% q; M1 @' I
* i Q) S: _" |3 \' v* {- ~& O
) h& v" D: L* N$ T: z: U7 m3 @
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。
" t1 I4 k; H: `( z$ O6 w# N9 {/ ]% P! K; V7 R
/ p! F% p3 R' [4 G
![]() ![]() ​
$ m! f! i1 i/ J" L# J/ r/ n( @$ ?" p& t, A
圖25% P5 m# I/ e. z% u
; g# ?% \1 p2 s1 E, I. W; h（5） 初始化Video Mixer IP核。9 K0 ^) @) H% f) [' e" V
! p1 v* C$ D( w& S% ]& P0 N0 y" ~- ^
![]() ![]() ​
! a- w! [5 a3 l6 H 圖26- ]; @& A. U' d/ e R) o
3 d' Z( a9 p7 J+ [
: A8 _3 x- \ T; o; C6 t備注：關(guān)于Vivado工程說明及模塊/IP配置詳細(xì)內(nèi)容，可下載產(chǎn)品資料進(jìn)行查看。
; y. m' ?+ F- A1 u6 v1 o R9 G, ^' v& U/ a
3 @5 E7 l+ b- b+ Y" z# @. h
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3 I0 `9 d) D+ y T0 h
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/ `3 m; G* G1 z: _* m
% o4 U E( F/ B9 [3 o' ^2 N* L5 G |
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