一、概述
ZingSK开发套件采用核心板加底板的方式,方便用户使用自定义的低成本的底板. ZingSK配套的底板也拥有丰富的接口, ZingSK外观如图1.





图1-1



本实例主要使用底板上的网络接口和扩展接口,扩展接口将CMOS模块的视频接入,并通过软硬件协同设计的方法来实现CMOS视频采集和千兆以太网的传输以及PC上的视频显示.

CMOS芯片将采集到的视频输入到ZYNQ PL部分,通过Xilinx提供的VideoIn_to_AXIStream的IP将数据转为AXI Stream的流格式,为保证传输速度,使用VDMA的IP将视频流数据转为MemoryMap的形式,通过PS与PL的HP高速接口DMA到外部的DDR3中;嵌入式Linux下使用应用程序对VDMA进行控制,使用socket接口进行网络传输,将DDR3中的数据传输到PC的内存中,再做显示;

整体框图如图2所示.





图1-2



实例程序主要由两部分组成,硬件平台的搭建和嵌入式软件部分.

硬件平台的搭建,主要是PL部分,如添加视频输入IP, VDMA以及控制IO等,PS部分,如配置DDR3,程序固化方式(SD卡, NAND Flash, SPI Flash),调试接口串口的配置以及IIC控制器的配置.

嵌入式软件,主要分为FSBL部分和Linux下的驱动和应用程序;FSBL主要完成IIC控制器的初始化,并CMOS输入芯片;Linux下完成各部分的驱动程序及控制程序.





二、快速启动
CMOS视频网络传输可通过以下几步来完成测试.

1. 准备工作,

a. 主机、网线;

b. 6V-2A电源;

c. ZingSK开发套件;

2. 将提供的附件,复制到TF中, 附件清单见表1-1;

3. 将ZingSK的启动模式调成TF卡模式,如下图;



图2-1

4. 开发板连接6 V电源（JP1），不要打开电源。



图 2-2



5. 将包含了例程所需二进制文件的TF卡，插入到ZingSK开发板的TF卡插槽内。



图 2-3



6. 用USB Type-A -USB Mini-B 电缆连接开发板UART与电脑。



图 2-4



7. 将CMOS摄像头和网线连接到下图标识位置。









图2-5

8. 使用“设备管理器”，以确定COM端口。 打开一个串口调试程序，配置为115200/8/n/1/n。



图 2-6





图 2-7



9. 打开电源开关(SP1) ，开发板上电运行。



图 2-8











10. 在串口调试工具的窗口将会显示Linux的引导过程。



图 2-9



11. 约半分钟左右，Linux启动完成将自动运行测试例程，然后打开上位机软件All_player.exe,选择“NET”方式，点击“link”。



上位机软件将会有图像输出。





效果图





三、硬件平台搭建
嵌入式平台的主要分为PS和PL两部分配置.

使用XPS,配置ZYNQ的处理器PS部分,外设中选择下图.



图3-1



选择UART0为了输出调试信息,选择IIC0是使用该控制器来配置HDMI输出芯片SiI9134;

其它都为默认配置,根据板卡实际的DDR3芯片,配置DDR3控制器,作为程序的内存空间;如图7



图3-2



PL部分主要是添加必要的IP来完成CMOS的采集和HDMI的输出.使用到的IP如下图.





四、嵌入式软件设计
1.FSBL设计
软件主要分为两部分,FSBL与Linux下的程序;FSBL主要完成ZYNQ平台的

启动,内存的初始化,IO的中断初始化,以及CMOS与HDMI的配置;

FSBL中主要的C程序如下,具体函数请参阅官方手册;

IIC0的控制,



//初始化IIC控制器

XIicPs_LookupConfig(…);

       XIicPs_CfgInitialize(…);

   //设置IIC时钟频率

XIicPs_SetSClk(…);

//发送数据

iic_writex(… );



IIC1配置CMOS的具体配置参数如下，

{0x20,0xc0,0x00},// Mirror Row and Columns

{0x09,0x03,0x37},// Exposure

{0x05,0x00,0x00},// H_Blanking  //

{0x06,0x00,0x19},// V_Blanking

{0x0A,0x80,0x00},// change latch

{0x2B,0x00,0x0b},// Green 1 Gain

{0x2C,0x00,0x0f},// Blue Gain

{0x2D,0x00,0x0f},// Red Gain

{0x2E,0x00,0x0b},// Green 2 Gain

{0x10,0x00,0x51},// set up PLL power on

{0x11,0x19,0x04}, // 25M

{0x12,0x00,0x04},// PLL_p1_Divider

{0x10,0x00,0x53},// set USE PLL

{0x98,0x00,0x00},// disble calibration

{0x01,0x03,0xe8},// set start row

{0x02,0x03,0xe8},// set start column

{0x03,0x03,0xbf},

{0x04,0x06,0x3F},

{0x22,0x00,0x01},// set row mode in bin mode

{0x23,0x00,0x01},// set column mode  in bin mode

{0x49,0x00,0xA8},// row black target //49s

{0x0B,0x00,0x01} //   RESTART(U)



2.嵌入式Linux软件设计
硬件平台：ZingSK开发套件

开发环境：Windows7-32位、VMware 9.0 + Ubuntu 12.04、arm- xilinx- linux-gnueabi交叉编译环境

嵌入式Linux: zynq_base_trd_14.3(基于ZingSK修改)



本例程运行需要一系列二进制文件如下表所示:



文件名
描述



BOOT.BIN
由EDK bootgen工具创建，包含 FSBL (First Stage Boot Loader), FPGA bit-stream, U-Boot(基于zynq_base_trd_14.3构建)

uImage
Linux kernel(基于zynq_base_trd_14.3内核编译)

devicetree.dtb
Device Tree Blob

uramdisk.image.gz
根文件系统

init.sh
运行应用程序

cmos_tcp.elf
测试程序


表1-1

1)、Device Tree修改部分：

修改显示模式为1080P：



xylon-video-params {

pixel-data-invert = <0>;

pixel-clock-active-high = <1>;

pixel-component-format = "ARGB";

pixel-component-layer = <0>,<1>;

active-layer = <0>;

videomode = "1920x1080";

……



2)、应用程序流程：





应用代码片段：

VDMA设置，CMOS->VDMA->DDR：

if ((fd_vdma = open("/dev/xvdma", O_RDWR)) < 0)

{

printf("Cannot open device node xvdma ");

// exit(1);

}

xvdma_dev.device_id = vdma_id;

if (ioctl(fd_vdma, XVDMA_GET_DEV_INFO, &xvdma_dev) < 0)

{

printf("%s: Failed to get info for device id:%d", __func__, vdma_id);

}



if(vdma_direction == DMA_DEV_TO_MEM) // frome device to memory

{// rx

chan_cfg.chan = xvdma_dev.rx_chan;

buf_info.chan = xvdma_dev.rx_chan;

buf_info.mem_type = DMA_DEV_TO_MEM;

}

else // from memory to devie

{

chan_cfg.chan = xvdma_dev.tx_chan;

buf_info.chan = xvdma_dev.tx_chan;

buf_info.mem_type = DMA_MEM_TO_DEV;

}

…….



配置CMOS摄像头API：

void setup_cmos_camera(int cmd, int value)

{

int fd;



fd = open ("/dev/mt9p031",O_RDWR);

if (fd < 0) {

perror("open");

//exit(-1);

}

printf (" /dev/mt9p031 opened, fd=%d ",fd);

if(ioctl(fd, cmd, &value) < 0)

perror("ioctl");



close(fd);

}



网络套接字：

if((listenfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0)

{

perror("fail to socket!");

exit(-1);

}



bzero(&myaddr, sizeof(myaddr));

myaddr.sin_family = PF_INET;

myaddr.sin_port = htons(8000);

myaddr.sin_addr.s_addr = htons(INADDR_ANY);



if(bind(listenfd, (SA *)&myaddr, sizeof(myaddr)) < 0)

{

perror("fail to bind!");

exit(-1);

}



listen(listenfd, 10);

……



捕获一帧图像：

int get_frame(unsigned char *frame_rgb, unsigned char *video_base_address)

{

int i;

unsigned char *in_ptr = video_base_address;

unsigned char *out_ptr = frame_rgb;



in_ptr = video_base_address;

for(i = 0; i < FRAME_HEIGHT; i++) {

memcpy(out_ptr, in_ptr, FRAME_WIDTH * 4);

in_ptr += STRIDE_LENGTH;

out_ptr += FRAME_WIDTH * 4;

}

return 0;

}



五、实例小结
本实例主要利用ZYNQ的逻辑部分去完成视频的采集显示,利用ZYNQ

的PS部分运行Linux操作系统,从而完成复杂的控制与人机界面工作.

运行操作系统后,可以实现复杂的界面程序,并可方便的使用鼠标键盘,网络等接口,体现出ZYNQ的另一优势.