FPGA采集CameraLink相机Base模式解码输出，附带工程源码和技术支持

1、前言

FPGA实现CameraLink视频编解码目前有两种方案：
一是使用专用编解码芯片，比如典型的DS90CR287；另一种方案是使用FPGA实现编解码，利用FPGA的serdes资源实现解串，优点是合理利用了FPGA资源，serdes资源不用白不用，缺点是操作难度大一些，对FPGA水平要求较高。

本文详细描述了FPGA采集CameraLink相机Base模式解码输出的实现设计方案，思路是这样的，CameraLink相机输入到FPGA板子，FPGA使用内部逻辑资源实现LVDS视频解码，解析出像素时钟、行同步信号、场同步信号、数据有效信号、以及像素数据，然后将视频转为Xilinx的AXI4-Sream的视频流，经VDMA送入DDR3缓存，然后读取出视频再经过AXI4-Sream to Video Out
通过HDMI接口输出视频，这是Xilinx图像处理常用的套路，可谓相当精巧的方案，呵呵。。。

工程代码编译通过后上板调试验证，可直接项目移植，适用于在校学生做毕业设计、研究生项目开发，也适用于在职工程师做项目开发，可应用于医疗、军工等行业的数字成像和图像传输领域；
提供完整的、跑通的工程源码和技术支持；
工程源码和技术支持的获取方式放在了文章末尾，请耐心看到最后；

2、CameraLink协议基础

关于这部分，网上有很多博主解释过，我找了几篇推荐兄弟们去学习理论知识：
第一篇链接：点击直接前往
第二篇链接，这是我之前写的：点击直接前往

3、目前我已有的CameraLink收发工程

我的CameraLink视频专栏有很多FPGA的CaeraLink视频编解码方案，既有CaeraLink接收，也有CaeraLink发送，既有CaeraLink普通输出显示，也有CaeraLink视频拼接输出等等，专栏链接如下：欢迎前往查看：点击直接前往

4、设计方案

详细设计方案如下：
在这里插入图片描述

输入CameraLink相机

CameraLink相机型号为北京微视的RS-A5241-CC107-S00型彩色 CameraLink 相机，该相机可通过串口配置为Base模式或者Full模式，本工程使用的是Base模式；分辨率为全幅面 25602048 下，帧率可达 107fps；本工程配置为12801024；

LVDS视频解码

LVDS视频解码模块设计框图如下：
在这里插入图片描述
CameraLink解码模块在Base模式时输入信号如下：
1路差分时钟，4路差分数据；利用Xilinx官方的IDELAY和ISERDES源语实现串并转换；
IDELAY源语的作用是延时，以便于FPGA采样时的CameraLink视频数据是稳定的；
ISERDES源语的作用是实现CameraLink视频数据的串并转换；
整个CameraLink解码模块严格按照设计框图实现，主要是调用源语，所以没啥可讲的，具体看代码，代码量很少；
CameraLink解码模块参数配置如下：
在这里插入图片描述
这两个参数可自由配置，以适应CameraLink相机的不同模式；具体配置如下：

视频缓存

解码后的视频转为Xilinx的AXI4-Sream的视频流，经VDMA送入DDR3缓存，然后读取出视频再经过AXI4-Sream to Video Out通过HDMI接口输出视频，这是Xilinx图像处理常用的套路；整个视频缓存架构以VDMA为核心，全部调用Xilixn的IP实现，只需配置IP即可使用，这里的配置既包括UI界面的配置，也包括软件的配置，由于本工程采用Kintex7位平台，所以调用MicroBlaze软核运行SDK来配置这些IP；

视频输出

这里调用了Video Mixer这个IP，因为CameraLink相机配置为12801024，输出分辨率为19201080，所以用Video Mixer来做19201080的黑色背景，再其上叠加12801024的相机视频；
调用AXI4-Sream to Video Out输出VGA时序，板载一颗sil9022芯片完成VGA转TMDS最终由HDMI接口输出显示器显示；

软件配置

所以调用MicroBlaze软核运行SDK来配置这些IP、配置CameraLink相机、配置sil9022芯片、以及完成和上位机的人机交互；
调用一个AXI-UART完成和上位机的人机交互，也就是上位机通过串口调试助手给程序发指令；
调用一个AXI-UART完成CameraLink相机的配置，本工程配置为1280*1024分辨率，Base模式；
调用一个AXI-IIC完成sil9022芯片的配置；

5、vivado工程详解

开发板FPGA型号：xc7k325tffg676-2；
开发环境：vivado2019.1；
输入：CameraLink相机；Base模式；1280*1024分辨率；
输出：HDMI，1920*1080分辨率；

Bolck Design设计如下：
在这里插入图片描述

综合后的工程代码架构如下：

综合编译完成后的FPGA资源消耗和功耗预估如下：

SDK软件程序架构如下：

6、上板调试验证

由于CamerLink转接板不方便出境，仅展示FPGA板子及对应的CamerLink转接板接口，如下：
在这里插入图片描述
工程的使用和配置过程较为复杂，这里感觉步骤太多了写不下，所以我专门写了一篇使用调试手册的文档，放在了资料包里，路径如下：

注意！！！
注意！！！
注意！！！
下载本工程后，请将文件放到一个最短路径的文件夹里去，因为路径太长可能导致工程编译失败；还有，本工程试用了HLS的IP核，在编译前请更新官方的补丁文件，不然综合时会报错，更新官方的补丁文件的文件下载和更新方法都写在了上图的文档里，记得仔细阅读；
输出效果如下：
在这里插入图片描述