FPGA实现图像任意位置显示，串口协议控制显示位置，提供工程源码和技术支持

1、图像任意位置显示理论基础

图像任意位置显示指的是在显示屏上的显示，既然是任意位置显示，必须满足以下条件：
1、要求显示的图像分辨率必须比显示背景的分辨率小，如果图像分辨率和显示背景分辨率一样大，就满屏了，还咋任意位置显示呢？
2、要求有能控制图像任意位置显示的方式，比如按键，遥控板之类的，本设计面向实际项目，采用串口控制，串口采用协议帧的方式收发，由帧头、数据、和校验、帧尾组成；关于串口协议帧，请参考我之前写的文章点击查看串口协议帧

2、设计思路和架构

架构如下：
在这里插入图片描述

3、OV5640图像采集

OV5640摄像头配置为1280x720分辨率，RGB565格式，采集后转换为24bit的RGB888；采集部分顶层接口如下：

module uiSensorRGB565(
    input         cmos_clk_i  ,//cmos senseor clock.
    input         rst_n_i     ,//system reset.active low.
    input         cmos_pclk_i ,//input pixel clock.
    input         cmos_href_i ,//input pixel hs signal.
    input         cmos_vsync_i,//input pixel vs signal.
    input [7:0]   cmos_data_i ,//data.
    output        cmos_xclk_o ,//output clock to cmos sensor.
    output [23:0] rgb_o       ,
    output        de_o        ,
    output        vs_o        ,
    output        hs_o        
    );

4、图像DDR3三帧缓存

图像三帧缓存采用FDMA方案，此方案简单粗暴好用，关于FDMA三帧缓存，请参考我之前写的文章点击查看：FDMA三帧缓存方案

5、图像任意位置输出显示

生成VGA时序，1080P分辨率，根据生成的图像x、y坐标来确定图像顶点的位置，VGA时序顶层接口如下：

module video_timing_control(
    input    wire        i_clk     ,    
    input   wire        i_rst_n   , 
    input   wire [10:0] i_start_x ,
    input   wire [10:0] i_start_y ,
    input   wire [10:0] i_disp_h  ,
    input   wire [10:0] i_disp_v  ,    
    input   wire [23:0] i_rgb     ,
    output    reg            o_hs      ,
    output    reg            o_vs      ,
    output    reg            o_de      ,
    output  wire [23:0] o_rgb     ,
    output  wire        o_data_req,
    output  wire [10:0] o_h_dis   ,
    output  wire [10:0] o_v_dis   ,
    output    reg  [10:0]    o_x_pos   ,
    output    reg  [10:0] o_y_pos   
);

6、串口协议控制显示位置

关于串口协议帧，请参考我之前写的文章点击查看串口协议帧
数据段32bit，高16bit为显示图像顶点x坐标位置；
数据段32bit，低16bit为显示图像顶点y坐标位置；

7、vivado工程介绍

开发板：Xilinx Artix7开发板；
开发环境：vivado2019.1；
输入：OV5640摄像头720P；
输出：HDMI视频1080P黑色背景叠加OV5640摄像头图像；
工程BD如下：
在这里插入图片描述
代码架构如下：

串口接收显示位置切换部分例化如下：

wire o_rx_done;
wire [31:0] o_rx_data;
reg  [31:0] _rx_data;

uart_rx_analysis_top #(
    .CLK_FREQ(100_000_000),  //系统时钟频率
    .UART_BPS(115200     )   //串口波特率
)
u_uart_rx_analysis_top(
    .clk       (ui_clk_100m),
    .rst_n     (pll_resetn ),
    .i_uart_rx (i_uart_rx  ),
    .o_uart_tx (o_uart_tx  ),
    .o_rx_done (o_rx_done  ),
    .o_rx_data (o_rx_data  )
);

always @(posedge ui_clk_100m) begin
    if(~pll_resetn) _rx_data<=32'd0;
    else if(o_rx_done) _rx_data<=o_rx_data;
end

video_timing_control vga(
    .i_clk     (clk_hdmi   ),    
    .i_rst_n   (pll_resetn ), 
    .i_start_x (_rx_data[26:16]), 
    .i_start_y (_rx_data[10: 0]),
    .i_disp_h  (1280),
    .i_disp_v  (720 ),    
    .i_rgb     (i_rgb      ),
    .o_hs      (o_hs       ),
    .o_vs      (o_vs       ),
    .o_de      (o_de       ),
    .o_rgb     (o_rgb      ),
    .o_data_req(o_data_req )
);

可以看到：图像的初始顶点坐标是(0,0);
也就是说上电后图像会默认显示在屏幕左上方；

8、上板调试验证

板子连接如下：
在这里插入图片描述
上电后默认图像显示在屏幕左上方，如下：

发送串口协议帧：aa bb 01 40 00 b4 f5 cc dd；
图像显示在屏幕正中间，如下：

发送串口协议帧：aa bb 02 7b 00 00 7d cc dd；
图像显示在屏幕右上方，如下：

发送串口协议帧：aa bb 00 00 01 63 64 cc dd；
图像显示在屏幕左下方，如下：
在这里插入图片描述
发送串口协议帧：aa bb 02 7b 01 63 e1 cc dd；
图像显示在屏幕右下方，如下：

视频动态演示如下：
直接点击查看输出结果