【正点原子FPGA连载】第三十四章OV5640摄像头HDMI显示实验
本帖最后由 正点原子 于 2021-1-23 15:51 编辑1）实验平台：正点原子达芬奇FPGA开发板
2）购买链接:https://detail.tmall.com/item.htm?id=624335496505
3）全套实验源码+手册+视频下载地址：http://www.openedv.com/docs/boards/fpga/zdyz_dafenqi.html
4） 正点原子官方B站：https://space.bilibili.com/394620890
5）对正点原子FPGA感兴趣的同学可以加群讨论：905624739 点击加入:
第三十四章OV5640摄像头HDMI显示实验
在OV5640摄像头RGB-LCD显示实验中，成功地在LCD屏上实时显示出了摄像头采集的图像。本章将使用FPGA开发板实现对OV5640的数字图像采集并在HDMI显示器上实时显示。
本章包括以下几个部分：
3434.1简介
34.2实验任务
34.3硬件设计
34.4程序设计
34.5下载验证
34.1简介
在“OV5640摄像头RGB-LCD显示实验”中对OV5640的视频传输时序、SCCB协议以及寄存器的配置信息等内容作了详细的介绍，如果大家对这部分内容不是很熟悉的话，请参考“OV5640摄像头RGB-LCD显示实验”中的OV5640简介部分。
34.2实验任务
本节实验任务是使用达芬奇开发板及OV5640摄像头实现图像采集，并通过HDMI接口驱动HDMI显示器，并实时显示出图像。
34.3硬件设计
摄像头扩展接口原理图及OV5640模块说明与“OV5640摄像头RGB-LCD显示实验”完全相同，请参考“OV5640摄像头RGB-LCD显示实验”硬件设计部分。HDMI接口部分的硬件设计请参考“HDMI彩条显示实验”中的硬件设计部分。
由于OV5640、HDMI接口和DDR3引脚数目较多且在前面相应的章节中已经给出它们的管脚列表，这里不再列出管脚分配。
34.4程序设计
根据实验任务，首先我们设计如图 34.4.1所示的系统框图，本章实验的系统框架延续了“OV5640摄像头RGB-LCD显示实验”的整体架构。本次实验包括以下模块：时钟模块、图像分辨率设置模块、DDR控制器模块、摄像头驱动模块和HDMI顶层模块。其中时钟模块、图像分辨率设置模块和摄像头驱动模块我们没有做任何修改，这些模块在“OV5640摄像头RGB-LCD显示实验”中已经说明过，这里不再详述，本次实验对DDR控制模块做了修改，将LCD顶层模块替换成了HDMI顶层模块。因为本次实验用的是HDMI显示器来显示，所以需要将LCD顶层模块替换成HDMI顶层模块。
OV5640摄像头HDMI显示系统框图如下图所示：
图 34.4.1 顶层系统框图
由上图可知，时钟模块（clk_wiz_0）为HDMI顶层模块、DDR控制模块以及OV5640驱动模块提供驱动时钟。OV5640驱动模块控制着传感器初始化的开始与结束，传感器初始化完成后将采集到的数据写入DDR控制模块。HDMI顶层模块从DDR控制模块中读出数据并驱动显示器显示，这时整个系统才完成了数据的采集、缓存与显示。需要注意的是图像数据采集模块是在DDR3和传感器都初始化完成之后才开始输出数据的，避免了在DDR3初始化过程中向里面写入数据。
顶层模块的原理图如下图所示：
图 34.4.2 顶层模块原理图
FPGA顶层模块（ov5640_hdmi）例化了以下四个模块：时钟模块（clk_wiz_0）、OV5640驱动模块（ov5640_dri）、DDR控制模块（ddr3_top）和HDMI顶层模块（hdmi_top）。
时钟模块（clk_wiz_0）：时钟模块通过调用MMCM IP核实现，共输出4个时钟，频率分别为200Mhz（DDR3参考时钟）、50Mhz时钟、65Mhz时钟和325M时钟（HDMI像素时钟的5倍频）。200Mhz时钟作为DDR控制模块的参考时钟，由MIG IP核产生的ui_clk（本次设计为100Mhz）作为DDR控制模块的驱动时钟，50Mhz时钟作为OV5640驱动模块驱动时钟，65Mhz时钟和325M时钟（HDMI像素时钟的5倍频）负责驱动HDMI顶层模块。
OV5640驱动模块（ov5640_dri）：OV5640驱动模块负责驱动OV5640 SCCB接口总线，将像素时钟驱动下的传感器输出的场同步信号、行同步信号以及8位数据转换成DDR读写控制模块的写使能信号和16位写数据信号，完成对OV5640传感器图像的采集。
DDR控制模块（ddr3_top）：DDR读写控制器模块负责驱动DDR片外存储器，缓存图像传感器输出的图像数据。该模块将MIG IP核复杂的读写操作封装成类似FIFO的用户接口，非常方便用户的使用。
有关DDR控制模块的详细介绍请大家参考“OV7725摄像头RGB-LCD显示实验”章节。
HDMI顶层模块（hdmi_top）：HDMI顶层模块负责驱动HDMI显示器的驱动信号的输出，同时为其他模块提供显示器参数、场同步信号和数据请求信号。HDMI顶层模块例化了HDMI驱动模块（video_driver）和HDMI驱动转换顶层模块（dvi_transmitter_top）。HDMI驱动模块负责产生行场信号和数据有效使能信号和像素点的横纵坐标，同时将内部信号data_req（数据请求信号）输出至端口，方便从DDR控制器中读取数据，完成读出图像数据的功能。HDMI驱动转换顶层模块负责将RGB888格式的视频图像转换成TMDS数据输出。有关HDMI驱动模块、HDMI驱动转换顶层模块的详细介绍请大家参考“HDMI彩条显示实验”章节。
34.5下载验证
编译完工程之后我们就可以开始下载程序。将OV5640摄像头模块插在达芬奇开发板“OLED/CAMERA”插座上，并将HDMI电缆一端连接到开发板上的HDMI_B插座、另一端连接到显示器。将下载器一端连电脑，另一端与开发板上的JTAG端口连接，连接电源线并打开电源开关。接下来我们下载程序，验证OV5640 HDMI实时显示功能。下载完成后观察HDMI显示器显示的图案如下图所示，说明OV5640 HDMI实时显示程序下载验证成功。
图 34.5.1 HDMI实时显示图像
页:
[1]