本篇文章來(lái)自 FPGA 大神、Ardiuvo & Hackster.IO 知名博主 Adam Taylor。在這里感謝 Adam Taylor 對(duì) ALINX 產(chǎn)品的關(guān)注與測(cè)試。為了讓文章更易閱讀，我們?cè)谠牡幕A(chǔ)上作了一些靈活的調(diào)整，包括對(duì)一些專(zhuān)業(yè)名詞進(jìn)行了補(bǔ)充解釋?zhuān)阌诔鯇W(xué)者快速理解。原文鏈接已貼在文章底部，點(diǎn)擊"閱讀原文"即可跳轉(zhuǎn)。歡迎大家在評(píng)論區(qū)友好互動(dòng)。

最近，我在辦公室里搞了一塊ALINX VD100。

這是一塊基于AMD Versal Edge AI平臺(tái)的開(kāi)發(fā)板，功能特別強(qiáng)大，可以用來(lái)做圖像處理、人工智能等各種高階應(yīng)用。

為了方便隨時(shí)開(kāi)發(fā)，我把它連到了公司局域網(wǎng)，遠(yuǎn)程就能連接，由此開(kāi)始了我的折騰之旅。

這次，我最想探索的是：怎么在這塊板子上跑圖像處理的應(yīng)用。

VD100不僅帶了兩個(gè) MIPI 攝像頭接口，還能直接連上LCD屏幕，基本滿(mǎn)足了圖像應(yīng)用開(kāi)發(fā)的需求。

第一步：讓屏幕先亮起來(lái)！

搞攝像頭太復(fù)雜，我決定先從屏幕入手——先通過(guò)測(cè)試圖案生成器（Test Pattern Generator）驗(yàn)證 LCD 屏幕圖像顯示鏈路的有效性。

ALINX VD100開(kāi)發(fā)板支持的 LCD 屏幕，分辨率是1280×720（WXGA 標(biāo)準(zhǔn)）。

數(shù)據(jù)傳輸采用的是VESA 標(biāo)準(zhǔn)的 LVDS 接口。

這里稍微解釋一下：

LVDS（低壓差分信號(hào)）是一種高速又抗干擾的數(shù)據(jù)傳輸方式，特別適合屏幕傳輸高速畫(huà)面。

VESA 和 JEIDA 是常見(jiàn)的兩種 LVDS 傳輸標(biāo)準(zhǔn)，咱們用的是 VESA。VESA 更國(guó)際通用，JEIDA 常見(jiàn)于日本廠商。

在 VESA 標(biāo)準(zhǔn)下使用 RG888 格式時(shí)，屏幕的每一幀圖像數(shù)據(jù)和控制信號(hào)（如同步信號(hào) hsync、vsync）會(huì)被打包進(jìn) 4 條數(shù)據(jù)通道里，同時(shí)還有第 5 條通道專(zhuān)門(mén)傳時(shí)鐘（Clock），方便接收端正確還原數(shù)據(jù)。

每次時(shí)鐘跳動(dòng)時(shí)，每條數(shù)據(jù)通道都會(huì)同步傳7 位數(shù)據(jù)。

聽(tīng)起來(lái)有點(diǎn)復(fù)雜？簡(jiǎn)單說(shuō)就是：用 4+1 條小路，高速搬運(yùn)屏幕畫(huà)面。

開(kāi)發(fā)流程：搭建系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為了讓板子順利傳屏幕數(shù)據(jù)，我們需要在 Vivado（AMD/Xilinx 的開(kāi)發(fā)工具）里做一套設(shè)計(jì)，包括：

CIPS
→ 配置 VD100 平臺(tái)上的 V100 SoM。

NOC
→ 配置 DDRMC，并開(kāi)兩條 MAXI 輸出，提供數(shù)據(jù)存取支持。

視頻測(cè)試圖生成器 (Video Test Pattern Generator, TPG)
→ 通過(guò) AXI Lite 總線連接到 NOC，生成標(biāo)準(zhǔn)圖像（比如彩條、棋盤(pán)格）。

視頻時(shí)序生成器 (Video Timing Controller, VTC)
→ 通過(guò) AXI Lite 總線連接到 NOC，生成 LCD 顯示需要的同步信號(hào)（如 hsync、vsync）。

AXI4-Stream to Video Out
→ 與上述兩個(gè)生成器相連，把測(cè)試圖和時(shí)序信息組織成并行視頻流（RGB888格式）。

LCD_LVDS IP核
→ 把并行視頻信號(hào)轉(zhuǎn)成符合 LVDS 規(guī)范的數(shù)據(jù)流。

Advanced IO Wizard
→ 負(fù)責(zé)真正的串行化操作，把數(shù)據(jù)以 LVDS 標(biāo)準(zhǔn)發(fā)出去（包括 4 路數(shù)據(jù)+ 1 路時(shí)鐘）。

最終 LCD 屏幕接收到 LVDS 信號(hào)并顯示圖像。

這套設(shè)計(jì)（可以在我的 GitHub 上找到）如下所示：

通過(guò)這個(gè)系統(tǒng)，我們可以使用 CIPS 內(nèi)置的處理器來(lái)控制測(cè)試圖案，從而驗(yàn)證各顏色通道是否正常。

設(shè)置和驅(qū)動(dòng) LCD 顯示器的 CIPS 端代碼也非常簡(jiǎn)單，如下所示：

#include
#include"platform.h"
#include"xil_printf.h"
#include"xvtc.h"
#include"xparameters.h"
#include"xv_tpg.h"
#include"xvidc.h"
#include"vga.h"


XV_tpg   tpg;
XVtc   VtcInst;
VideoMode  video;
XVtc_Config *vtc_config ;


intmain()
{
  XVtc_SourceSelect SourceSelect;
  XVtc_Timing vtcTiming;
  u32 height,width,status;
 init_platform();


 print("Setting up Timing

");
  vtc_config =XVtc_LookupConfig(XPAR_XVTC_0_BASEADDR);    
 XVtc_CfgInitialize(&VtcInst,vtc_config ,XPAR_XVTC_0_BASEADDR);


 print("Setting up Video

");
  video = VMODE_1280x720 ;
 vtcTiming.HActiveVideo = video.width; 
 vtcTiming.HFrontPorch = video.hps - video.width; 
 vtcTiming.HSyncWidth = video.hpe - video.hps;  
 vtcTiming.HBackPorch = video.hmax - video.hpe +1; 
 vtcTiming.HSyncPolarity = video.hpol; 
 vtcTiming.VActiveVideo = video.height; 
 vtcTiming.V0FrontPorch = video.vps - video.height; 
 vtcTiming.V0SyncWidth = video.vpe - video.vps; 
 vtcTiming.V0BackPorch = video.vmax - video.vpe +1;; 
 vtcTiming.V1FrontPorch = video.vps - video.height; 
 vtcTiming.V1SyncWidth = video.vpe - video.vps; 
 vtcTiming.V1BackPorch = video.vmax - video.vpe +1;
 vtcTiming.VSyncPolarity = video.vpol; 
 vtcTiming.Interlaced =0;


 print("Setting up TPG

");


  XV_tpg_Initialize(&tpg,XPAR_XV_TPG_0_BASEADDR );
   status =XV_tpg_IsIdle(&tpg);
  XV_tpg_Set_height(&tpg, (u32) video.height);
XV_tpg_Set_width(&tpg, (u32) video.width);
 height =XV_tpg_Get_height(&tpg);
 width =XV_tpg_Get_width(&tpg);
XV_tpg_Set_colorFormat(&tpg,XVIDC_CSF_RGB);
  XV_tpg_Set_bckgndId(&tpg,XTPG_BKGND_TARTAN_COLOR_BARS);
XV_tpg_Set_maskId(&tpg,0x0);
XV_tpg_Set_motionSpeed(&tpg,0x4);
  XV_tpg_EnableAutoRestart(&tpg);
XV_tpg_Start(&tpg);


 print("Setting up Source

");


memset((void*)&SourceSelect,0,sizeof(XVtc_SourceSelect));
 SourceSelect.VBlankPolSrc =1;
 SourceSelect.VSyncPolSrc =1;
 SourceSelect.HBlankPolSrc =1;
 SourceSelect.HSyncPolSrc =1;
 SourceSelect.ActiveVideoPolSrc =1;
 SourceSelect.ActiveChromaPolSrc=1;
 SourceSelect.VChromaSrc =1;
 SourceSelect.VActiveSrc =1;
 SourceSelect.VBackPorchSrc =1;
 SourceSelect.VSyncSrc =1;
 SourceSelect.VFrontPorchSrc =1;
 SourceSelect.VTotalSrc =1;
 SourceSelect.HActiveSrc =1;
 SourceSelect.HBackPorchSrc =1;
 SourceSelect.HSyncSrc =1;
 SourceSelect.HFrontPorchSrc =1;
 SourceSelect.HTotalSrc =1;


 print("Run Timing Gen

");  


XVtc_SetGeneratorTiming(&VtcInst, &vtcTiming);
XVtc_SetSource(&VtcInst, &SourceSelect);
XVtc_EnableGenerator(&VtcInst);
 XVtc_RegUpdateEnable(&VtcInst);
XVtc_Enable(&VtcInst);


while(1){


  };


 cleanup_platform();
return0;
}

LCD_LVDS 這個(gè)模塊，我是直接從 ALINX 的 GitHub 倉(cāng)庫(kù)上下載的。

下載好后，把它加到 Vivado 里面，就能像拼積木一樣拖進(jìn)設(shè)計(jì)里。

LCD_LVDS 下載鏈接：https://github.com/alinxalinx/VD100_2023.2/tree/master/Demo/course_s1

寫(xiě)好所有程序后，我們讓開(kāi)發(fā)板運(yùn)行，屏幕上果然顯示出了測(cè)試圖案，色彩鮮明，說(shuō)明各個(gè)顏色通道都正常了。開(kāi)發(fā)板和屏幕之間的溝通，算是正式打通了！

不過(guò)，這里面有個(gè)很有意思的事情。

Advanced IO Wizard 這個(gè)模塊，默認(rèn)是按 8 位一組來(lái)打包數(shù)據(jù)發(fā)出去的。

而我們的 VESA LVDS 傳輸，要求 7 位一組。這咋辦？

我用到了一個(gè)叫做 Gearbox 的小模塊，把 7 位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成 4 位數(shù)據(jù)輸出。

然后，用 Advanced IO Wizard 把 4 位數(shù)據(jù)高速串行發(fā)出去。

這樣就實(shí)現(xiàn)了 7 位序列化，雖然中間多了一步變換，但整體還是很高效的。

不過(guò)，其實(shí)只要手動(dòng)配置一下，Advanced IO Wizard 也是可以支持直接 7 位打包發(fā)送的，只是這次參考了 AMD 的官方應(yīng)用筆記（參考代碼叫 tx_piso_7to1），所以先用了 Gearbox 的方式。

未來(lái)有機(jī)會(huì)的話，我想試著優(yōu)化一下，直接用 7 位串行模式，把系統(tǒng)做得更簡(jiǎn)潔高效！

接下來(lái)要做的

現(xiàn)在圖像輸出環(huán)節(jié)已經(jīng)搞定了，接下來(lái)就是更刺激的前端部分：

通過(guò) MIPI 接口接入攝像頭，把真實(shí)拍到的圖像，實(shí)時(shí)顯示到屏幕上。

真正的圖像處理任務(wù)，馬上就要開(kāi)始啦！

(未完待續(xù))