《新起点V2之FPGA开发指南》第五十五章 双目OV5640摄像头RGB-LCD

正点原子

1）实验平台：正点原子新起点V2FPGA开发板
2)  章节摘自【正点原子】《新起点之FPGA开发指南 V2.1》
3）购买链接:https://detail.tmall.com/item.htm?id=609758951113
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第五十五章 双目OV5640摄像头RGB-LCD显示实验

       双目摄像头是在一个模组上集成了两个摄像头，实现双通道图像采集的功能。双目摄像头一般应用于安防监控、立体视觉测距、三维重建等领域。本试验只做最基础的工作，把双目OV5640摄像头实时采集到的图像分左右两半显示在LCD屏幕上。
       本章包括以下几个部分：
       1.1简介
       1.2实验任务
       1.3硬件设计
       1.4程序设计
       1.5下载验证

1.1简介
       摄像头在日常生活中非常常见，一般分为单目摄像头、双目摄像头和多目摄像头。单目摄像头目前使用最为广泛；双目摄像头主要应用于单目摄像头无法胜任的场合，如测距领域，根据两个摄像头的视差，辅以一定的算法，人们可以计算物体的距离；当然针对一些特殊的应用，目前市场上也出现了多目摄像头，以应对更加复杂的场景。在“OV5640摄像头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，请参考之前的实验。本次实验将在前面单目OV5640摄像头的基础上学习双目摄像头的LCD显示。
1.2实验任务
       本章实验任务是利用双目OV5640摄像头采集图像，将采集到的图像实时显示在LCD屏幕上，两幅图像分别占据LCD屏的左右半边。
1.3硬件设计
       新起点开发板上有两个扩展口，分别是P6和P7。新起点开发板的P6扩展口与LCD屏的管脚复用，故本次实验采用P7扩展口来连接双目OV5640摄像头。P7扩展口原理图如图 55.3.1所示：

图 55.3.1 P7扩展接口原理图

       ATK-Dual-OV5640是正点原子推出的一款双目OV5640摄像头模块，其硬件原理图如下图所示：

图 55.3.2 ATK-Dual-OV5640原理图

       该模块通过2*20排母（2.54mm间距）同外部连接，连接时将双目摄像头的排母直接插在开发板上的P7扩展口即可，模块实物连接图如图 55.3.3所示：

图 55.3.3 双目摄像头模块实物连接图

       由于LCD接口和SDRAM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，这里只列出双目摄像头相关管脚分配，如下表所示：

表 55.3.1 OV5640摄像头管脚分配

       双目摄像头TCL约束文件如下：

1. set_location_assignment PIN_L7 -to cam0_data[7]
   
2. set_location_assignment PIN_L6 -to cam0_data[5]
   
3. set_location_assignment PIN_K5 -to cam0_data[3]
   
4. set_location_assignment PIN_K6 -to cam0_data[1]
   
5. set_location_assignment PIN_F3 -to cam0_rst_n
   
6. set_location_assignment PIN_G5 -to cam0_href
   
7. set_location_assignment PIN_M6 -to cam0_vsync
   
8. set_location_assignment PIN_N3 -to cam0_pclk
   
9. set_location_assignment PIN_L3 -to cam0_data[6]
   
10. set_location_assignment PIN_L4 -to cam0_data[4]
    
11. set_location_assignment PIN_K8 -to cam0_data[2]
    
12. set_location_assignment PIN_G1 -to cam0_data[0]
    
13. set_location_assignment PIN_J6 -to cam0_sda
    
14. set_location_assignment PIN_F1 -to cam0_scl
    
15. set_location_assignment PIN_J1 -to cam0_pwdn
    
16. set_location_assignment PIN_A2 -to cam1_pwdn
    
17. set_location_assignment PIN_B5 -to cam1_data[7]
    
18. set_location_assignment PIN_B6 -to cam1_data[5]
    
19. set_location_assignment PIN_B7 -to cam1_data[3]
    
20. set_location_assignment PIN_A4 -to cam1_data[1]
    
21. set_location_assignment PIN_D3 -to cam1_rst_n
    
22. set_location_assignment PIN_C6 -to cam1_href
    
23. set_location_assignment PIN_E5 -to cam1_vsync
    
24. set_location_assignment PIN_A3 -to cam1_pclk
    
25. set_location_assignment PIN_A5 -to cam1_data[6]
    
26. set_location_assignment PIN_A6 -to cam1_data[4]
    
27. set_location_assignment PIN_B3 -to cam1_data[2]
    
28. set_location_assignment PIN_B4 -to cam1_data[0]
    
29. set_location_assignment PIN_F5 -to cam1_sda
    
30. set_location_assignment PIN_D6 -to cam1_scl

复制代码

1.4程序设计
       根据实验任务，首先设计如图 55.4.1所示的系统框图，本章实验的系统框架延续了“OV5640摄像头LCD显示实验”的整体架构，但是做出了一定的修改，在本节实验中我们将寄存器配置模块、IIC驱动模块以及图像采集模块封装成了一个模块（OV5640驱动模块），并且对OV5640驱动模块例化了两次（因为是双目摄像头，所以需要例化两次来分别驱动两个摄像头）。整个工程包含以下5个模块：时钟模块、图像分辨率设置模块、SDRAM控制器模块、摄像头驱动模块（例化两次）和LCD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没有做任何修改，这些模块在单目OV5640摄像头LCD显示实验中已经说明过，这里不再详述，本次实验对SDRAM控制模块和LCD顶层模块做了修改。

图 55.4.1 顶层系统框图

       时钟模块（pll）：时钟模块通过调用锁相环 IP核实现，共输出3路时钟，分别是SDRAM参考时钟（100Mhz）、SDRAM相位偏移时钟（100Mhz偏移120度，这个偏移角度可以适当调整。）和LCD驱动时钟（50Mhz）。其中SDRAM参考时钟不仅仅用来驱动SDRAM顶层模块还作为摄像头驱动模块的工作时钟来用。
       图像分辨率设置模块（picture_size）：图像尺寸配置模块用于配置摄像头输出图像尺寸的大小，此外还完成了SDRAM的读写结束地址设置。有关图像分辨率设置模块的详细介绍请大家参考单目OV5640摄像头LCD显示实验章节。
       LCD顶层模块（lcd_rgb_top）：LCD顶层模块负责驱动LCD屏的驱动信号的输出，同时为其他模块提供屏体参数、场同步信号和数据请求信号。
摄像头驱动模块（ov5640_dri）：本模块由原先的IIC驱动模块、OV5640 寄存器配置模块和摄像头图像采集模块封装而成，这样做是为了减少顶层模块的代码量，增强可读性，同时有利于代码的维护和管理。由于本次实验连接了两个相同的摄像头，因此我们会对摄像头驱动模块例化两次，将两个驱动模块输出的数据和数据有效使能全部连接到SDRAM控制模块。有关摄像头驱动模块的详细介绍请大家参考单目OV5640摄像头LCD显示实验章节。
       SDRAM控制模块（sdram_top）：SDRAM读写控制器模块负责驱动SDRAM片外存储器，缓存图像传感器输出的图像数据。该模块将SDRAM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。
下面是顶层模块的原理图：

图 55.4.2 顶层模块原理图

       本次实验是在单目OV5640摄像头LCD显示实验的基础上作修改的，主要修改了SDRAM控制模块和LCD顶层模块，而其余模块基本相同，因此接下来只介绍修改部分的内容。前面的实验，使用读写各一个FIFO，并在SDRAM中开辟了两个缓冲区，而本实验有两个摄像头，所以读写需要各增加一个FIFO，总共四个，同时在SDRAM中再开辟两个缓冲区，达到四个缓冲区，而满足两组摄像头数据的处理需要。
       下面我们就一起来看看本节实验在单目OV5640摄像头LCD显示实验的基础上作了哪些修改。首先我们先看下顶层模块，
       顶层模块最大的改变就是摄像头驱动模块了，代码如下（只贴出修改部分）：

1. 125 //OV5640 0摄像头驱动
   
2. 126 ov5640_dri u0_ov5640_dri（
   
3. 127     .clk               （clk_100m），
   
4. 128     .rst_n             （rst_n），
   
5. 129
   
6. 130     .cam_pclk          （cam0_pclk ），
   
7. 131     .cam_vsync         （cam0_vsync），
   
8. 132     .cam_href          （cam0_href ），
   
9. 133     .cam_data          （cam0_data ），
   
10. 134     .cam_rst_n         （cam0_rst_n），
    
11. 135     .cam_pwdn          （cam0_pwdn ），
    
12. 136     .cam_scl           （cam0_scl  ），
    
13. 137     .cam_sda           （cam0_sda  ），
    
14. 138     
    
15. 139     .capture_start     （sdram_init_done），
    
16. 140     .cmos_h_pixel      （cmos_h_pixel[12:1]），
    
17. 141     .cmos_v_pixel      （cmos_v_pixel），
    
18. 142     .total_h_pixel     （total_h_pixel），
    
19. 143     .total_v_pixel     （total_v_pixel），
    
20. 144     .cam_init_done     （cam_init_done_0），   
    
21. 145
    
22. 146     .cmos_frame_vsync  （），
    
23. 147     .cmos_frame_href   （），
    
24. 148     .cmos_frame_valid  （wr0_en），
    
25. 149     .cmos_frame_data   （wr0_data）
    
26. 150     ）;

复制代码

       摄像头驱动模块将原本的IIC驱动模块、OV5640 寄存器配置模块和摄像头图像采集模块封装成一个模块，这部分内容没什么好讲的，无非就是把端口封装一下用一个顶层模块去调用三个子模块而已。这里需要注意的是代码第140行，cmos_h_pixel是指LCD显示屏的行分辨率，在前面单目OV5640摄像头LCD显示实验中它是直接作为ov5640摄像头的行分辨率配置参数，但是本节实验不行，因为本节实验是双目，两个摄像头两幅画面需要显示在一个屏幕上，因此一个摄像头所占有的行分辨率只能是LCD显示屏行分辨率的一半，所以cmos_h_pixel这个参数需要除以2作为摄像头的行分辨率配置参数（cmos_h_pixel[12:1]这种写法相当于除以2）。
       接下来我们再继续看看SDRAM控制器修改的内容。SDRAM控制器主要是修改了sdram_fifo_ctrl模块，这个模块是控制着整个SDRAM的读和写。在前面单目OV5640摄像头LCD显示实验中我们的读写原理是在SDRAM中开辟两个存储空间，一个空间正在缓存数据另一个空间就可以往外读出数据，这样交替使用。但是本节实验使用的是双目摄像头，有两个数据源，因此原本的两个存储空间肯定是不够用的，所以我们在原本的基础上将两个存储空间都扩大成四个存储空间，这样就可以容纳两个摄像头的数据了代码如下：

1. 199 //sdram写地址0产生模块
   
2. 200 always @（posedge clk_ref or negedge rst_n） begin
   
3. 201     if（!rst_n）begin
   
4. 202         sdram_wr_addr0 <= 24'd0;
   
5. 203         rw_bank_flag0  <= 0;
   
6. 204         sw_bank_en0    <= 0;
   
7. 205     end
   
8. 206     else if（wr_load_flag）begin              //检测到写端口复位信号时，写地址复位
   
9. 207         sdram_wr_addr0 <= wr_min_addr;
   
10. 208         rw_bank_flag0  <= 0;
    
11. 209         sw_bank_en0    <= 0;
    
12. 210     end                                     //若突发写SDRAM结束更改写地址
    
13. 211     else if（write_done_flag && !wr_fifo_flag） begin
    
14. 212         if（sdram_pingpang_en） begin         //SDRAM 读写乒乓使能
    
15. 213                                             //若未到达写SDRAM的结束地址写地址累加
    
16. 214             if（sdram_wr_addr0[21:0] < wr_max_addr - wr_length）
    
17. 215                 sdram_wr_addr0 <= sdram_wr_addr0 + wr_length;
    
18. 216             else begin                      //切换BANK
    
19. 217                 rw_bank_flag0 <= ~rw_bank_flag0;   
    
20. 218                 sw_bank_en0 <= 1'b1;        //拉高切换BANK使能信号
    
21. 219             end            
    
22. 220         end                                 //乒乓操作不使能时
    
23. 221                                             //判断是否到达结束地址                     
    
24. 222         else if（sdram_wr_addr0 < wr_max_addr - wr_length）
    
25. 223                                             //没达结束地址，地址累加一个突发长度
    
26. 224             sdram_wr_addr0 <= sdram_wr_addr0 + wr_length;
    
27. 225         else                                //若已到达结束地址，则回到写起始地址
    
28. 226             sdram_wr_addr0 <= wr_min_addr;
    
29. 227     end   
    
30. 228     else if（sw_bank_en0） begin              //如果bank切换使能信号有效
    
31. 229         sw_bank_en0 <= 1'b0;                //将使能信号置0，方便下次使用
    
32. 230         if（rw_bank_flag0 == 1'b0）           //根据bank标志信号切换BANK
    
33. 231             sdram_wr_addr0 <= {2'b00，wr_min_addr[21:0]};
    
34. 232         else
    
35. 233             sdram_wr_addr0 <= {2'b01，wr_min_addr[21:0]};     
    
36. 234 end
    
37. 235 end
    
38. 236
    
39. 237 //sdram写地址1产生模块
    
40. 238 always @（posedge clk_ref or negedge rst_n） begin
    
41. 239     if（!rst_n）begin
    
42. 240         sdram_wr_addr1 <= 24'd0;
    
43. 241         rw_bank_flag1  <= 0;
    
44. 242         sw_bank_en1    <= 0;
    
45. 243     end
    
46. 244     else if（wr_load_flag）begin              //检测到写端口复位信号时，写地址复位
    
47. 245         rw_bank_flag1  <= 0;
    
48. 246         sw_bank_en1    <= 0;
    
49. 247         sdram_wr_addr1 <= wr_max_addr;
    
50. 248     end                                     //若突发写SDRAM结束，更改写地址
    
51. 249     else if（write_done_flag && wr_fifo_flag） begin
    
52. 250         if（sdram_pingpang_en） begin         //判断若SDRAM 读写乒乓使能
    
53. 251                                             //若未到达写SDRAM的结束地址写地址累加
    
54. 252         if（sdram_wr_addr1[21:0] < wr_max_addr*2 - wr_length）
    
55. 253                 sdram_wr_addr1 <= sdram_wr_addr1 + wr_length;
    
56. 254             else begin                      //切换BANK
    
57. 255                 rw_bank_flag1 <= ~rw_bank_flag1;   
    
58. 256                 sw_bank_en1 <= 1'b1;        //拉高切换BANK使能信号
    
59. 257             end            
    
60. 258         end                                 //乒乓操作不使能
    
61. 259                                             //未到达写SDRAM的结束地址写地址累加
    
62. 260         else if（sdram_wr_addr1 < wr_max_addr*2 - wr_length）
    
63. 261             sdram_wr_addr1 <= sdram_wr_addr1 + wr_length;
    
64. 262             else                            //到达写SDRAM的结束地址回到写起始地址
    
65. 263             sdram_wr_addr1 <= wr_max_addr;
    
66. 264     end
    
67. 265     else if（sw_bank_en1） begin              //如果bank切换使能信号有效
    
68. 266         sw_bank_en1 <= 1'b0;                //将使能信号置0，方便下次使用
    
69. 267         if（rw_bank_flag1 == 1'b0）           //切换BANK
    
70. 268             sdram_wr_addr1 <= {2'b10，wr_max_addr[21:0]};
    
71. 269         else
    
72. 270             sdram_wr_addr1 <= {2'b11，wr_max_addr[21:0]};     
    
73. 271     end
    
74. 272 end
    
75. 273
    
76. 274 //sdram读地址0产生模块
    
77. 275 always @（posedge clk_ref or negedge rst_n） begin
    
78. 276     if（!rst_n）
    
79. 277         sdram_rd_addr0 <= 24'd0;   
    
80. 278     else if（rd_load_flag）                   //检测到写端口复位信号时，写地址复位
    
81. 279         sdram_rd_addr0 <= rd_min_addr;      //若突发读SDRAM结束，更改读地址
    
82. 280     else if（read_done_flag && !rd_fifo_flag ） begin
    
83. 281         if（sdram_pingpang_en） begin         //判断若SDRAM 读写乒乓使能  
    
84. 282                                             //若未到达SDRAM的结束地址则地址累加
    
85. 283             if（sdram_rd_addr0[21:0] < rd_max_addr - rd_length）
    
86. 284                 sdram_rd_addr0 <= sdram_rd_addr0 + rd_length;                                                
    
87. 285             else begin                      //到达读SDRAM的结束地址，回到读起始                     
    
88. 286                 if（rw_bank_flag0 == 1'b0）   //根据rw_bank_flag的值切换读BANK地址
    
89. 287                     sdram_rd_addr0 <= {2'b01，rd_min_addr[21:0]};
    
90. 288                 else
    
91. 289                     sdram_rd_addr0 <= {2'b00，rd_min_addr[21:0]};   
    
92. 290             end   
    
93. 291         end                                  //若乒乓操作未使能
    
94. 292                                             //未到达SDRAM的结束地址地址累加
    
95. 293         else if（sdram_rd_addr0 < rd_max_addr - rd_length）
    
96. 294             sdram_rd_addr0 <= sdram_rd_addr0 + rd_length;
    
97. 295         else                                 //若到达SDRAM的结束地址回到起始地址
    
98. 296             sdram_rd_addr0 <= rd_min_addr;
    
99. 297     end
    
100. 298 end
     
101. 299
     
102. 300 //sdram读地址1产生模块
     
103. 301 always @（posedge clk_ref or negedge rst_n） begin
     
104. 302     if（!rst_n）
     
105. 303         sdram_rd_addr1 <= 24'd0;   
     
106. 304     else if（rd_load_flag）                    //检测到复位信号时地址复位
     
107. 305         sdram_rd_addr1 <= rd_max_addr;  
     
108. 306                                             //判断若突发读SDRAM结束
     
109. 307     else if（read_done_flag && rd_fifo_flag） begin
     
110. 308         if（sdram_pingpang_en） begin          //若SDRAM 读写乒乓使能
     
111. 309                                             //若未到达SDRAM的结束地址则地址累加        
     
112. 310             if（sdram_rd_addr1[21:0] < rd_max_addr*2 - rd_length）
     
113. 311                 sdram_rd_addr1 <= sdram_rd_addr1 + rd_length;                                                
     
114. 312             else begin                       //到达读SDRAM的结束地址                    
     
115. 313                 if（rw_bank_flag1 == 1'b0）    //根据rw_bank_flag的值切换BANK地址
     
116. 314                     sdram_rd_addr1 <= {2'b11，rd_max_addr[21:0]};
     
117. 315                 else
     
118. 316                     sdram_rd_addr1 <= {2'b10，rd_max_addr[21:0]};   
     
119. 317             end   
     
120. 318         end                                  //如果乒乓操作没有使能
     
121. 319                                             //未到达SDRAM的结束地址地址累加
     
122. 320         else if（sdram_rd_addr1 < rd_max_addr*2 - rd_length）
     
123. 321             sdram_rd_addr1 <= sdram_rd_addr1 + rd_length;
     
124. 322         else                                 //若已到达SDRAM的结束地址回到起始地址
     
125. 323             sdram_rd_addr1 <= rd_max_addr;
     
126. 324     end
     
127. 325 end

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       由于FIFO控制模块代码太长，因此我一段一段的讲解，上面这段代码就是读写地址控制，相比较于单目摄像头LCD显示实验可以看到读写地址都增加了一帧的空间。代码200~235行跟之前的单目一样就是在SDRAM中开辟一个空间用来存储一帧图片，写满一帧后BANK地址切换继续写下一帧，但是本节是经验就不一样了，代码237~272行又开辟了一帧的存储空间，这一帧的存储空间跟上一帧不在同一BANK上。像这样开辟两帧的空间刚好可以用来分别存储两个摄像头的数据，当两个摄像头的数据都各存一帧后就可以切换BANK继续去存储两个摄像头下一帧的数据了。接下来就进入读地址了，读地址和写地址是相对应的，当写地址完成一个BANK的数据存储切换到下一个BANK后，读地址开始去读这个已经存储了数据的BANK，当写地址写完下一个BANK又切换回来则读地址切换到另一个BANK上去，这样周而复始的交替进行读写就可以实现摄像头数据的缓存了。接下来我们再来看看读写状态是如何切换的，代码如下所示：

1. 326
   
2. 327 //读写端四个FIFO的判断逻辑      
   
3. 328 always@（posedge clk_ref or negedge rst_n） begin
   
4. 329     if（!rst_n） begin                     
   
5. 330         sdram_wr_req  <= 0;
   
6. 331         sdram_wr_addr <= sdram_wr_addr0;
   
7. 332         wr_fifo_flag  <= 0;
   
8. 333         
   
9. 334         sdram_rd_req  <= 0;
   
10. 335         rd_fifo_flag  <= 0;
    
11. 336         sdram_rd_addr <= sdram_rd_addr0;
    
12. 337         state         <= idle;          //复位处于空闲状态，不操作任何FIFO
    
13. 338     end
    
14. 339     else begin
    
15. 340         case（state）
    
16. 341             idle:begin
    
17. 342                 if（sdram_init_done）
    
18. 343                     state <=  sdram_done;//SDRAM初始化完成进入sdram_done状态
    
19. 344             end
    
20. 345             sdram_done:begin            //在sdram_done状态对四个FIFO的读写操作进行判断
    
21. 346                 if（wrf_use0 >= wr_length*2） begin //进入写端FIFO0的读状态状态
    
22. 347                     sdram_wr_req  <= 1;
    
23. 348                     sdram_wr_addr <= sdram_wr_addr0;
    
24. 349                     wr_fifo_flag  <= 0;
    
25. 350                     
    
26. 351                     sdram_rd_req  <= 0;
    
27. 352                     sdram_rd_addr <= sdram_rd_addr0;
    
28. 353                     rd_fifo_flag  <= 0;
    
29. 354                     state <= wr_keep;
    
30. 355                     
    
31. 356                 end
    
32. 357         
    
33. 358                 else if（wrf_use1 >= wr_length*2） begin//进入写端FIFO1的读状态状态
    
34. 359                     sdram_wr_req  <= 1;
    
35. 360                     sdram_wr_addr <= sdram_wr_addr1;
    
36. 361                     wr_fifo_flag  <= 1;
    
37. 362                     
    
38. 363                     sdram_rd_req  <= 0;
    
39. 364                     sdram_rd_addr <= sdram_rd_addr0;
    
40. 365                     rd_fifo_flag  <= 0;
    
41. 366                     
    
42. 367                     state <= wr_keep;
    
43. 368                 end
    
44. 369                 else if（（rdf_use0 < rd_length*2）//进入读端FIFO0的写状态状态
    
45. 370                 ） begin
    
46. 371                     sdram_wr_req  <= 0;
    
47. 372                     sdram_wr_addr <= sdram_wr_addr0;
    
48. 373                     wr_fifo_flag  <= 0;
    
49. 374                 
    
50. 375                     sdram_rd_req  <= 1;
    
51. 376                     sdram_rd_addr <= sdram_rd_addr0;
    
52. 377                     rd_fifo_flag  <= 0;
    
53. 378                     state <= rd_keep;
    
54. 379                 end
    
55. 380                 else if（（rdf_use1 < rd_length*2）//进入读端FIFO1的写状态状态
    
56. 381                 ） begin
    
57. 382                     sdram_wr_req  <= 0;
    
58. 383                     sdram_wr_addr <= sdram_wr_addr0;
    
59. 384                     wr_fifo_flag  <= 0;
    
60. 385                 
    
61. 386                     sdram_rd_req  <= 1;
    
62. 387                     sdram_rd_addr <= sdram_rd_addr1;
    
63. 388                     rd_fifo_flag  <= 1;
    
64. 389                     state <= rd_keep;
    
65. 390                 end  
    
66. 391             end
    
67. 392                 wr_keep:begin
    
68. 393                     if（write_done_flag） begin  //保持写状态
    
69. 394                     sdram_wr_req  <= 0;
    
70. 395                     sdram_wr_addr <= sdram_wr_addr0;
    
71. 396                     wr_fifo_flag  <= 0;
    
72. 397                     state <= sdram_done;
    
73. 398                 end   
    
74. 399                 end
    
75. 400                 rd_keep:begin
    
76. 401                     if（read_done_flag） begin  //保持读状态
    
77. 402                     sdram_rd_req  <= 0;
    
78. 403                     sdram_rd_addr <= sdram_rd_addr0;
    
79. 404                     rd_fifo_flag  <= 0;
    
80. 405                     state <= sdram_done;
    
81. 406                 end   
    
82. 407                 end   
    
83. 408                 default : state <= idle;    //默认停在空闲状态
    
84. 409         endcase   
    
85. 410     end
    
86. 411 end
    
87. 412  

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       上面这段代码就是读写切换了，在前文我们说到这次我们在一个BANK上开辟了两帧数据大小的存储空间，用来分别存储两个摄像头的数据，所以在写SDRAM这端我们添加了两个写FIFO，两个摄像头的数据分别往自己的FIFO中写入数据，而当FIFO中存储的数据量大于2倍突发长度时就会开启SDRAM写操作，将数据写入SDRAM中如代码346~368所示。这里尤其要注意的是FIFO的容量一定要大于三倍突发长度，因为两个FIFO开启SDRAM写操作的判断条件是相同的，都是存储的数据量大于2倍突发长度时就会开启，双目摄像头几乎是同时开始工作的，这也就意味着两个写FIFO几乎是同时满足开启SDRAM写操作的判断条件（虽然宏观上几乎同时，但是肯定是有一个先一个后的），这就意味着其中一个FIFO满足条件后先开启SDRAM写操作，开启后状态机跳转到保持状态如代码354行和367行所示，这个时候必须完成一次突发长度的写操作才能跳出保持状态，那么另外一个FIFO此时的数据也已经超过了2倍突发长度，它必须等待当前FIFO完成写操作后，它才能开启SDRAM写操作，所以他要有足够的缓冲容量来等待当前FIFO完成写操作。因此我们将FIFO的容量设置为2048，刚好是四倍突发长度，有足够的缓冲容量来等待。
       讲完了写再来看看读操作，如代码369~391行所示，其实读跟写完全是一模一样的机制，都是当读FIFO中存储的数据不满足两倍突发长度就开启SDRAM读操作，同样其中一个开启另一个就需要等待。
       明白了SDRAM控制器的运行机制之后我们再来看看FIFO的例化，代码如下：      

1. 413 //例化写端口FIFO0
   
2. 414 wrfifo  u_wrfifo0（
   
3. 415     //用户接口
   
4. 416     .wrclk      （clk_write0），             //写时钟
   
5. 417     .wrreq      （wrf_wrreq0），             //写请求
   
6. 418     .data       （wrf_din0），               //写数据
   
7. 419     //sdram接口
   
8. 420     .rdclk      （clk_ref），                //读时钟
   
9. 421     .rdreq      （sdram_wr_ack0），          //读请求
   
10. 422     .q          （sdram_din0），             //读数据
    
11. 423     
    
12. 424     .rdusedw    （wrf_use0），               //FIFO中的数据量
    
13. 425     .aclr       （~rst_n | wr_load_flag）   //异步清零信号
    
14. 426     ）;
    
15. 427     
    
16. 428 //例化写端口FIFO1
    
17. 429 wrfifo  u_wrfifo1（
    
18. 430     //用户接口
    
19. 431     .wrclk      （clk_write1），             //写时钟
    
20. 432     .wrreq      （wrf_wrreq1），             //写请求
    
21. 433     .data       （wrf_din1），               //写数据
    
22. 434     //sdram接口
    
23. 435     .rdclk      （clk_ref），                //读时钟
    
24. 436     .rdreq      （sdram_wr_ack1），          //读请求
    
25. 437     .q          （sdram_din1），             //读数据
    
26. 438
    
27. 439     .rdusedw    （wrf_use1），               //FIFO中的数据量
    
28. 440     .aclr       （~rst_n | wr_load_flag）   //异步清零信号
    
29. 441     ）;      
    
30. 442     
    
31. 443 //例化读端口FIFO0
    
32. 444 rdfifo  u_rdfifo1（
    
33. 445     //sdram接口
    
34. 446     .wrclk      （clk_ref），                //写时钟
    
35. 447     .wrreq      （sdram_rd_ack1），          //写请求
    
36. 448     .data       （sdram_dout1），            //写数据
    
37. 449     
    
38. 450     //用户接口
    
39. 451     .rdclk      （clk_read），              //读时钟
    
40. 452     .rdreq      （rdf_rdreq1），             //读请求
    
41. 453     .q          （rdf_dout1），              //读数据
    
42. 454     
    
43. 455     .wrusedw    （rdf_use1），               //FIFO中的数据量
    
44. 456     .aclr       （~rst_n | rd_load_flag）   //异步清零信号   
    
45. 457     ）;
    
46. 458 //例化读端口FIFO1
    
47. 459 rdfifo  u_rdfifo0（
    
48. 460     //sdram接口
    
49. 461     .wrclk      （clk_ref），                //写时钟
    
50. 462     .wrreq      （sdram_rd_ack0），          //写请求
    
51. 463     .data       （sdram_dout0），            //写数据
    
52. 464     
    
53. 465     //用户接口
    
54. 466     .rdclk      （clk_read），              //读时钟
    
55. 467     .rdreq      （rdf_rdreq0），             //读请求
    
56. 468     .q          （rdf_dout0），              //读数据
    
57. 469     
    
58. 470     .wrusedw    （rdf_use0），               //FIFO中的数据量
    
59. 471     .aclr       （~rst_n | rd_load_flag）   //异步清零信号   
    
60. 472     ）;   
    
61. 473 endmodule

复制代码

      FIFO例化是一个FIFO IP核被例化两次，当两个FIFO来用。SDRAM控制模块的代码到这里就讲完了，为了方便大家更好的去理解整个状态的跳转，下面给出了FIFO控制模块的原理示意图：

图 55.4.3 FIFO控制模块原理图

       从上图中来分析FIFO控制模块的运行机制就简单的多了，双目摄像头分别往两个FIFO中写数据，FIFO数据存满两个突发长度后，其中FIFO1会交替往SDRAM的BANK0和BANK1中写数据，而FIFO2会交替往SDRAM的BANK2和BANK3中写数据，一个FIFO对应一个摄像头。读FIFO也一样，一个FIFO对应一个摄像头，比如“读FIFO1”它对应摄像头1，因此它就不断交替的从BANK0和BANK1的“空间”中读取数据，“读FIFO2”就不断从两个BANK2和BANK3的“空间”中读取数据，读取出来的数据最终传输到LCD显示屏上去显示，一个读FIFO的数据只占半个屏幕，这样两个摄像头的数据就能在同一个屏幕上一左一右的显示出来了。FIFO控制模块的整个运行机制就是这样的。
       最后我们再来看看LCD显示模块作了哪些修改，修改代码如下：

1. 1   module lcd_disply（
   
2. 2       input              lcd_clk，      //lcd模块驱动时钟
   
3. 3       input              sys_rst_n，    //复位信号
   
4. 4       //RGB LCD接口                             
   
5. 5       input      [ 10:0] pixel_xpos，   //像素点横坐标
   
6. 6       input      [ 10:0] pixel_ypos，   //像素点纵坐标
   
7. 7       input      [15:0]  lcd_id ，      //LCD的ID   
   
8. 8       input      [15:0]  rd_data，      //图像像素值
   
9. 9       input      [12:0]  rd_h_pixel，   //摄像头输出的水平方向分辨率
   
10. 10      output reg [15:0]  pixel_data    //像素点数据，
    
11. 11      ）;
    
12. 12  
    
13. 13  //LCD的ID
    
14. 14  parameter  ID_4342 =   16'h4342;
    
15. 15  parameter  ID_7084 =   16'h7084;
    
16. 16  parameter  ID_7016 =   16'h7016;
    
17. 17  parameter  ID_1018 =   16'h1018;
    
18. 18  parameter  ID_4384 =   16'h4384;
    
19. 19  //颜色定义
    
20. 20  localparam RED    = 16'b11111_000000_00000;     //字符颜色
    
21. 21  localparam BLUE   = 16'b00000_000000_11111;     //字符区域背景色
    
22. 22  localparam BLACK  = 16'b00000_000000_00000;     //屏幕背景色  
    
23. 23  //reg define                                    
    
24. 24  reg  [63:0]  char0[15:0];                       //字符数组0
    
25. 25  reg  [63:0]  char1[15:0];                       //字符数组1
    
26. 26  reg  [127:0] char2[32:0];                       //字符数组2
    
27. 27  reg  [127:0] char3[32:0];                       //字符数组3
    
28. 28  
    
29. 29  //给字符数组0的赋值：OV5640 0 （16*64）
    
30. 30  always @（posedge lcd_clk） begin
    
31. 31      char0[0]  <= 64'h0000000000000000      ;
    
32. 32      char0[1]  <= 64'h0000000000000000      ;
    
33. 33      char0[2]  <= 64'h0000000000000000      ;
    
34. 34      char0[3]  <= 64'h38E77E1804180008      ;
    
35. 35      char0[4]  <= 64'h444240240C240038      ;
    
36. 36      char0[5]  <= 64'h824240400C420008      ;
    
37. 37      char0[6]  <= 64'h8244404014420008      ;
    
38. 38      char0[7]  <= 64'h8224785C24420008      ;
    
39. 39      char0[8]  <= 64'h8224446224420008      ;
    
40. 40      char0[9]  <= 64'h8228024244420008      ;
    
41. 41      char0[10] <= 64'h822802427F420008      ;
    
42. 42      char0[11] <= 64'h8218424204420008      ;
    
43. 43      char0[12] <= 64'h4410442204240008      ;
    
44. 44      char0[13] <= 64'h3810381C1F18003E      ;
    
45. 45      char0[14] <= 64'h0000000000000000      ;
    
46. 46      char0[15] <= 64'h0000000000000000      ;
    
47. 47  end
    
48. 48  
    
49. 49  //给字符数组1的赋值: OV5640 1 （16*64）
    
50. 50  always @（posedge lcd_clk） begin
    
51. 51      char1[0]  <= 64'h0000000000000000      ;
    
52. 52      char1[1]  <= 64'h0000000000000000      ;
    
53. 53      char1[2]  <= 64'h0000000000000000      ;
    
54. 54      char1[3]  <= 64'h38E77E180418003C      ;
    
55. 55      char1[4]  <= 64'h444240240C240042      ;
    
56. 56      char1[5]  <= 64'h824240400C420042      ;
    
57. 57      char1[6]  <= 64'h8244404014420042      ;
    
58. 58      char1[7]  <= 64'h8224785C24420002      ;
    
59. 59      char1[8]  <= 64'h8224446224420004      ;
    
60. 60      char1[9]  <= 64'h8228024244420008      ;
    
61. 61      char1[10] <= 64'h822802427F420010      ;   
    
62. 62      char1[11] <= 64'h8218424204420020      ;
    
63. 63      char1[12] <= 64'h4410442204240042      ;
    
64. 64      char1[13] <= 64'h3810381C1F18007E      ;
    
65. 65      char1[14] <= 64'h0000000000000000      ;
    
66. 66      char1[15] <= 64'h0000000000000000      ;
    
67. 67  end
    
68. 68  
    
69. 69  //给字符数组2的赋值: OV5640 0 （32*128）
    
70. 70  always @（posedge lcd_clk） begin               
    
71. 71      char2[0]  <= 128'h00000000000000000000000000000000;
    
72. 72      char2[1]  <= 128'h00000000000000000000000000000000;
    
73. 73      char2[2]  <= 128'h00000000000000000000000000000000;
    
74. 74      char2[3]  <= 128'h00000000000000000000000000000000;
    
75. 75      char2[4]  <= 128'h00000000000000000000000000000000;
    
76. 76      char2[5]  <= 128'h00000000000000000000000000000000;
    
77. 77      char2[6]  <= 128'h03C07C1E0FFC01E0006003C000000080;
    
78. 78      char2[7]  <= 128'h0C30180C0FFC06180060062000000180;
    
79. 79      char2[8]  <= 128'h1818180810000C1800E00C3000001F80;
    
80. 80      char2[9]  <= 128'h100818081000081800E0181800000180;
    
81. 81      char2[10] <= 128'h300C1808100018000160181800000180;
    
82. 82      char2[11] <= 128'h300C0C10100010000160180800000180;
    
83. 83      char2[12] <= 128'h60040C10100010000260300C00000180;
    
84. 84      char2[13] <= 128'h60060C10100030000460300C00000180;
    
85. 85      char2[14] <= 128'h60060C1013E033E00460300C00000180;
    
86. 86      char2[15] <= 128'h60060C20143036300860300C00000180;
    
87. 87      char2[16] <= 128'h60060620181838180860300C00000180;
    
88. 88      char2[17] <= 128'h60060620100838081060300C00000180;
    
89. 89      char2[18] <= 128'h60060620000C300C3060300C00000180;
    
90. 90      char2[19] <= 128'h60060640000C300C2060300C00000180;
    
91. 91      char2[20] <= 128'h60060340000C300C4060300C00000180;
    
92. 92      char2[21] <= 128'h20060340000C300C7FFC300C00000180;
    
93. 93      char2[22] <= 128'h300C0340300C300C0060180800000180;
    
94. 94      char2[23] <= 128'h300C0380300C180C0060181800000180;
    
95. 95      char2[24] <= 128'h10080180201818080060181800000180;
    
96. 96      char2[25] <= 128'h1818018020180C1800600C3000000180;
    
97. 97      char2[26] <= 128'h0C30010018300E3000600620000003C0;
    
98. 98      char2[27] <= 128'h03C0010007C003E003FC03C000001FF8;
    
99. 99      char2[28] <= 128'h00000000000000000000000000000000;
    
100. 100     char2[29] <= 128'h00000000000000000000000000000000;
     
101. 101     char2[30] <= 128'h00000000000000000000000000000000;
     
102. 102     char2[31] <= 128'h00000000000000000000000000000000;
     
103. 103 end
     
104. 104
     
105. 105 //给字符数组3的赋值: OV5640 1 （32*128）
     
106. 106 always @（posedge lcd_clk） begin               
     
107. 107     char3[0]  <= 128'h00000000000000000000000000000000;
     
108. 108     char3[1]  <= 128'h00000000000000000000000000000000;
     
109. 109     char3[2]  <= 128'h00000000000000000000000000000000;
     
110. 110     char3[3]  <= 128'h00000000000000000000000000000000;
     
111. 111     char3[4]  <= 128'h00000000000000000000000000000000;
     
112. 112     char3[5]  <= 128'h00000000000000000000000000000000;
     
113. 113     char3[6]  <= 128'h03C07C1E0FFC01E0006003C0000007E0;
     
114. 114     char3[7]  <= 128'h0C30180C0FFC06180060062000000838;
     
115. 115     char3[8]  <= 128'h1818180810000C1800E00C3000001018;
     
116. 116     char3[9]  <= 128'h100818081000081800E018180000200C;
     
117. 117     char3[10] <= 128'h300C180810001800016018180000200C;
     
118. 118     char3[11] <= 128'h300C0C1010001000016018080000300C;
     
119. 119     char3[12] <= 128'h60040C10100010000260300C0000300C;
     
120. 120     char3[13] <= 128'h60060C10100030000460300C0000000C;
     
121. 121     char3[14] <= 128'h60060C1013E033E00460300C00000018;
     
122. 122     char3[15] <= 128'h60060C20143036300860300C00000018;
     
123. 123     char3[16] <= 128'h60060620181838180860300C00000030;
     
124. 124     char3[17] <= 128'h60060620100838081060300C00000060;
     
125. 125     char3[18] <= 128'h60060620000C300C3060300C000000C0;
     
126. 126     char3[19] <= 128'h60060640000C300C2060300C00000180;
     
127. 127     char3[20] <= 128'h60060340000C300C4060300C00000300;
     
128. 128     char3[21] <= 128'h20060340000C300C7FFC300C00000200;
     
129. 129     char3[22] <= 128'h300C0340300C300C0060180800000404;
     
130. 130     char3[23] <= 128'h300C0380300C180C0060181800000804;
     
131. 131     char3[24] <= 128'h10080180201818080060181800001004;
     
132. 132     char3[25] <= 128'h1818018020180C1800600C300000200C;
     
133. 133     char3[26] <= 128'h0C30010018300E300060062000003FF8;
     
134. 134     char3[27] <= 128'h03C0010007C003E003FC03C000003FF8;
     
135. 135     char3[28] <= 128'h00000000000000000000000000000000;
     
136. 136     char3[29] <= 128'h00000000000000000000000000000000;
     
137. 137     char3[30] <= 128'h00000000000000000000000000000000;
     
138. 138     char3[31] <= 128'h00000000000000000000000000000000;                                 
     
139. 139 end
     
140. 140
     
141. 141 //显示逻辑判断
     
142. 142 always@（*） begin
     
143. 143     if （ pixel_ypos >= 0 && pixel_ypos < 33）begin
     
144. 144         if（pixel_xpos < （rd_h_pixel[12:2]+64）
     
145. 145         && pixel_xpos >= （rd_h_pixel[12:2]-64） ）begin
     
146. 146             if（char2[pixel_ypos][127-（pixel_xpos-rd_h_pixel[12:2]+64）]）
     
147. 147                 pixel_data =BLUE;
     
148. 148             else
     
149. 149             pixel_data = rd_data;
     
150. 150         end
     
151. 151         else if（pixel_xpos < （rd_h_pixel[12:2]*3+64）
     
152. 152         && pixel_xpos >= （rd_h_pixel[12:2]*3-64））begin
     
153. 153             if（char3[pixel_ypos][63-pixel_xpos+（rd_h_pixel[12:2]）*3]）
     
154. 154                 pixel_data =BLUE;
     
155. 155             else
     
156. 156                 pixel_data = rd_data;
     
157. 157         end
     
158. 158         else
     
159. 159             pixel_data = rd_data;
     
160. 160     end      
     
161. 161     else
     
162. 162         pixel_data = rd_data;
     
163. 163 end
     
164. 164
     
165. 165 endmodule

复制代码

       其实LCD显示部分主要就是加了一个字符显示，因为我们的两个摄像头是一左一右显示在LCD屏幕上的，为了确定哪个摄像头显示在哪边我们会在显示画面上标注“OV5640 1”和“OV5640 2”字样。所以我们在LCD显示部分中加入了字符显示模块（lcd_disply）。代码30~139行就是生成“OV5640 1”和“OV5640 2”这两个字符串的字模，代码142~163行就是把“OV5640 1”和“OV5640 2”这两个字符串显示到屏幕上去。具体的显示原理这里就不再详细介绍了，如果大家有不懂的可以去看前面LCD字符显示实验和RTC实时时钟显示实验。
       到这里本节双目摄像头LCD显示实验的程序设计部分就讲解完了，接下来就可以把程序下载到开发板上去验证了。
1.5下载验证
       首先我们将双目摄像头插到开发板的P7扩展口，然后连接LCD显示屏，最后打开电源，下载sof文件到开发板上去，硬件连接图如下所示：

图 55.5.1 硬件连接

        显示的效果如上图所示。