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9 p/ N6 q6 H! `前言+ r. N2 }8 `- a: z0 c
CameraLink協(xié)議
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CameraLink協(xié)議是一種專(zhuān)門(mén)針對(duì)機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用領(lǐng)域的串行通信協(xié)議，它使用低壓差分信號(hào)(LVDS)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸和通信。CameraLink標(biāo)準(zhǔn)是在ChannelLink標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上多加了6對(duì)差分信號(hào)線，其中4對(duì)用于并行傳輸相機(jī)控制信號(hào)，另外2對(duì)用于相機(jī)和圖像采集卡之間的串行通信(本質(zhì)就是UART的兩根線)。9 s0 A! K& k. S
7 n( k5 _3 i+ l. j; G: ~9 |CameraLink標(biāo)準(zhǔn)的視頻傳輸模式分為三種：Base模式、Medium模式、Full模式。其中每個(gè)端口為8位數(shù)據(jù)，CameraLink標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘頻率最大為85MHz。
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圖1
$ j8 o- \1 }6 k# f, y t: x- O4 Y# m6 O% W+ r g# Z
CameraLink + FPGA架構(gòu)視頻采集系統(tǒng)- i4 ~. e. D' C j- y* a" s
8 m" b. u- O* ?% w! f采用CameraLink + FPGA架構(gòu)的視頻采集與傳輸系統(tǒng)，既可實(shí)現(xiàn)符合CameraLink協(xié)議的數(shù)字相機(jī)，采集卡之間的通信與控制，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像數(shù)據(jù)采集、轉(zhuǎn)換、緩存、實(shí)時(shí)處理、輸出等。該架構(gòu)系統(tǒng)穩(wěn)定性可靠，精度高，不易受干擾，具有較強(qiáng)的通用性、實(shí)用性和擴(kuò)展性，靈活性也大大增強(qiáng)。CameraLink技術(shù)現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于航空航天、軍事、醫(yī)療、交通等領(lǐng)域。9 H, Z/ T% b" C/ ~. V8 _. I% T1 L
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% L7 q! s% g& |5 C( n圖2) T/ `+ T" d+ ]' v* v2 m/ v- |
1 e8 H, ]& h# i7 ]" P8 {
創(chuàng)龍科技(Tronlong)的Kintex-7、Zynq-7045/7100等FPGA板卡已實(shí)現(xiàn)CameraLink視頻采集與處理方案。本文將為您分享基于Kintex-7 FPGA評(píng)估板的CameraLink視頻開(kāi)發(fā)案例。
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0 P% b7 C% i; z$ v, K2 _, v' f1 硬件平臺(tái), |' f6 j) A& H- A9 ~6 _ T) w
本文基于創(chuàng)龍科技TLK7-EVM評(píng)估板進(jìn)行演示。
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TLK7-EVM是一款基于Xilinx Kintex-7系列FPGA設(shè)計(jì)的高端評(píng)估板，由核心板和評(píng)估底板組成。核心板經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)的PCB layout和高低溫測(cè)試驗(yàn)證，穩(wěn)定可靠，可滿足各種工業(yè)應(yīng)用環(huán)境。
5 X$ Q+ {, M3 w7 b" l評(píng)估板接口資源豐富，引出FMC、SFP+、PCIe、SATA、HDMI等接口，方便用戶(hù)快速進(jìn)行產(chǎn)品方案評(píng)估與技術(shù)預(yù)研。 p9 m1 X4 h8 S0 J
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圖3 TLK7-EVM評(píng)估板" b8 K6 ]- `6 p2 N1 W( R6 I
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開(kāi)發(fā)案例主要包括：
* O: O% j9 \$ {* F/ M& s) _Ø CameraLink、SDI、HDMI、PAL視頻輸入/輸出案例
2 V2 `% u7 Z; n3 u/ w4 o1 iØ 高速AD(AD9613)采集+高速DA(AD9706)輸出案例
) R0 O4 l- P7 E1 {7 r1 }( aØ AD9361軟件無(wú)線電案例
$ t- ^% k4 c! S2 n6 T' E1 c/ {& _Ø UDP(10G)光口通信案例
. V% _+ ~. `8 A9 n6 nØ UDP(1G)光口通信案例7 r+ K Z6 q& K+ [5 H2 S5 Y8 `
Ø Aurora光口通信案例9 T+ Q+ s$ O% \% O' u
Ø PCIe通信案例6 e3 Y2 x/ A+ G1 C) |; E" d. k+ W
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案例源碼、產(chǎn)品資料（用戶(hù)手冊(cè)、核心板硬件資料、產(chǎn)品規(guī)格書(shū)）可點(diǎn)site.tronlong.com/pfdownload獲取。$ N$ ? ]% T4 s4 }5 V) g" q
找廠家可申請(qǐng)TLK7-EVM評(píng)估板進(jìn)行快速評(píng)估，免費(fèi)哦！
' K7 a3 ]. U+ k; E" D, C- i g/ ]7 F; [
2 案例功能案例功能：評(píng)估板通過(guò)FMC視頻模塊TLCameraLinkF的CameraLink接口進(jìn)行分辨率為1280x1024的視頻采集，并通過(guò)TLCameraLinkF模塊的HDMI接口將采集到的視頻進(jìn)行輸出。9 A' X4 y, h0 \6 M; |/ `- p
0 |; R2 o# I2 a
% ]* R4 S+ B8 P3 h u: i, o![]() ![]() ​5 x p' W5 r8 ]+ [+ J
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圖6 程序功能框圖
1 Y- b7 Y1 w8 M6 [4 {
, s& G/ G7 a2 ?. ~" V1 Y' @7 b! z" S3 z, z
( C9 L) U7 {5 |, d7 Q3 案例演示
0 _2 j& y$ w" v1 m, `; f本案例支持三款CameraLink相機(jī)，具體說(shuō)明如下。: a9 _! @; F V+ ]% j
8 c: i2 N+ Q1 l; s# B, }! w1 j廠家
: h" ~. }& J1 e; u3 p% ] | 相機(jī)型號(hào)
; m8 g& ?8 R* F% {! A T6 Z | 支持模式. K4 f) D- C. W
| 相機(jī)性能, i, J4 M8 g0 |5 b0 y
| Microview
& a8 u; S. G( q- @- _( i Q! `（北京微視）
/ b6 E# s2 e/ V | RS-A5241-CM107-S006 Q# w& A* F" J6 {
（黑白CameraLink相機(jī)）
+ Y9 `' F% g0 ^3 ~* Q/ g0 Y | Full
! V+ m# z3 s, D6 j z0 n Z | 全幅面2560*2048下，幀率可達(dá)107fps
) T& t9 x! T, Q | Base
: e8 p/ Y9 E4 a$ C* \( ]) L( |- s | RS-A5241-CC107-S00& ^# N) L$ M: |
（彩色CameraLink相機(jī)）- o: f, c$ s$ T4 m& H- ^0 `
| Full8 \' E, V" M% i. c J5 r
| 全幅面2560*2048下，幀率可達(dá)107fps
$ B9 _7 _) W0 U/ x | Base5 `( C( U, P9 w3 K* l) A
| MVC1381SAM-CL60-S00! M% C3 p$ k' i) d. s) u. Y0 ?
（黑白CameraLink相機(jī)）& i# H' c; x' x3 s% b* h& C; q
| Base
+ o" |6 _4 B0 S1 y1 B6 b | 全幅面1280*1024下，幀率可達(dá)60fps# f7 h& h* S" s! U/ [: D
|
1 L$ J% b5 A5 OFull模式硬件連接方法; V4 I7 t' }+ ]
+ ?0 B1 k6 i% G$ ^7 F
如采用Full模式，創(chuàng)龍科技的TLCameraLinkF模塊連接至評(píng)估板FMC2接口，評(píng)估板J1跳線帽選擇1.8V檔位，以配置FMC IO的BANK電壓為1.8V。% o, _* {$ h0 @! H/ w* L; f# {& @' o
4 y5 {0 R* g D將CameraLink相機(jī)的CL0通過(guò)數(shù)據(jù)線連接至TLCameraLinkF模塊的CameraLink1接口，將CameraLink相機(jī)的CL1通過(guò)數(shù)據(jù)線連接至TLCameraLinkF模塊的CameraLink2接口，將HDMI顯示屏通過(guò)數(shù)據(jù)線連接至TLCameraLinkF模塊的HDMI OUT接口。( q% h9 G& a. l( ^6 _1 _! C7 x
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圖7) }. c/ I+ v/ H. \1 r
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Base模式硬件連接方法) u: \) B0 i9 o9 y
1 q5 J1 f. K2 r2 o# S! L
如采用Base模式，將創(chuàng)龍科技的TLCameraLinkF模塊連接至評(píng)估板FMC2接口，評(píng)估板J1跳線帽選擇1.8V檔位，以配置FMC IO的BANK電壓為1.8V。6 `( H* j0 |: Z# M
1 O ?$ \( [& z$ q' D4 ?3 u將CameraLink相機(jī)的CL0通過(guò)數(shù)據(jù)線連接至TLCameraLinkF模塊的CameraLink1接口，將HDMI顯示屏通過(guò)數(shù)據(jù)線連接至TLCameraLinkF模塊的HDMI OUT接口。6 o& b8 Y* C- B8 Y5 B7 k4 \
6 B3 Q) l3 z. ?) Q6 l![]() ![]() ​8 l3 M: R2 `" ~# W; h" z' s
圖8
* z4 p- x! \8 w4 Z$ h& w) t3 m. S
# c' ?; w& i4 S; `' |; ?3 L, d6 j1 L' ^8 i' b$ r+ R% N% X7 e
下面對(duì)三款不同型號(hào)的CameraLink相機(jī)在Full/Base模式下的操作進(jìn)行演示。
4 M, x5 T9 |0 D0 u
8 F( g' s4 a6 V* \$ w（1） 黑白CameraLink相機(jī)RS-A5241-CM107-S00，F(xiàn)ull模式+ L$ z* b: N8 h% n
& k# \. e% Y& `" U$ |
請(qǐng)運(yùn)行Full模式程序，即可看到串口調(diào)試終端打印如下信息。請(qǐng)先輸入"1"選擇相機(jī)型號(hào)為RS-A5241-CM107-S00，再輸入"1"選擇為Full模式。配置完成后，即可看到HDMI顯示屏輸出黑白圖像。! ?& z. I% N+ j# H
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+ C4 M9 Y) r# |, ~圖9
$ I5 n! L7 n6 g; M![]() ![]() ​
8 ~! Y7 c7 R: U( j9 Q; ^圖10& n" O! ^1 G( j
7 w' k5 S9 q1 Z/ v5 w3 F# O（2） 彩色CameraLink相機(jī)RS-A5241-CC107-S00，F(xiàn)ull模式# N0 `# M% }1 w
: q. ?7 E9 j" g3 C2 P# [請(qǐng)運(yùn)行Full模式程序，即可看到串口調(diào)試終端打印如下信息。請(qǐng)先輸入"2"選擇相機(jī)型號(hào)為RS-A5241-CC107-S00，再輸入"1"選擇為Full模式。配置完成后，即可看到HDMI顯示屏輸出彩色圖像。: \4 |% N& g: a7 X1 n S4 u
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圖11+ ~% X& l9 k, |% D
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圖12
& [: i8 w( ? e備注：由于彩色CameraLink相機(jī)RS-A5241-CC107-S00無(wú)白平衡功能，故圖像顏色偏綠。% o, j% k" z, e4 Z1 H
+ h$ q7 C" n1 K
（3） 黑白CameraLink相機(jī)RS-A5241-CM107-S00，Base模式: [7 d4 k/ B6 X/ C1 [
5 x" M- O& O1 q* r# }, U" h. `請(qǐng)運(yùn)行Base模式程序，即可看到串口調(diào)試終端打印如下信息。請(qǐng)先輸入"1"選擇相機(jī)型號(hào)為RS-A5241-CM107-S00，再輸入"2"選擇為Base模式。配置完成后，即可看到HDMI顯示屏輸出黑白圖像。! |0 ~$ b# u8 U0 Y2 \- H
* I% d7 g5 Y$ U5 S2 u![]() ![]() ​
: W( A( ~. c7 U, T8 P. c" y! j* G圖13
6 ?, X- _$ X; ~) B![]() ![]() ​
7 W9 I$ n/ T2 {2 W- U& y* F, H* `5 {圖14
/ w1 Q1 b1 Z& w( b
! r) t+ U! E& |（4） CameraLink相機(jī)RS-A5241-CC107-S00，Base模式7 n' q# s- U% t! s. Y
5 G- u' M1 Q$ M; T2 g0 {/ z
請(qǐng)運(yùn)行Base模式程序，即可看到串口調(diào)試終端打印如下信息。請(qǐng)先輸入"2"選擇相機(jī)型號(hào)為RS-A5241-CC107-S00，再輸入"2"選擇為Base模式。配置完成后，即可看到HDMI顯示屏輸出彩色圖像。
8 @ r* y( t- r8 D# ^![]() ![]() ​; E/ D; [/ j( D% @/ {2 t
圖15
" q9 y1 m: G( U% N% i5 ^. v9 d* ~![]() ![]() ​/ V9 M& U. l6 T2 T
圖16# J. g( y# {- v0 X1 F
1 k0 q) t! D! k% S: i" L
備注：由于彩色CameraLink相機(jī)RS-A5241-CC107-S00無(wú)白平衡功能，故圖像顏色偏綠。6 d! |3 L2 W, s
% Q _3 Y) U* l8 H# g: M% l* u& _( T
2 l* c8 ?* h( N
（5） 黑白CameraLink相機(jī)MVC1381SAM-CL60-S00，Base模式# E4 @0 T/ M N- B
2 v5 n, L; _( U5 A
請(qǐng)運(yùn)行Base模式程序，即可看到串口調(diào)試終端打印如下信息。請(qǐng)輸入"3"選擇相機(jī)型號(hào)為MVC1381SAM-CL60-S00。配置完成后，即可看到HDMI顯示屏輸出黑白圖像。5 V8 N2 G, h+ _8 a* K5 t" W1 i
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6 O/ M1 N3 E$ m* A ]: ?圖17
$ e1 e! o, I! K![]() ![]() ​# k/ J7 M2 G$ _( F7 r3 K6 u; i8 e4 C
圖184 X4 Y, H- N/ Q( m# t; B
0 N) o% c- t6 h, i+ n6 g" c, D1 V# ~2 G. K# k5 h
4 關(guān)鍵代碼(MicroBlaze)# g g& i' K+ l& Z0 N9 ^
MicroBlaze裸機(jī)源碼為"sw\baremetal_demo\project\cameralink_display\src\"，關(guān)鍵代碼說(shuō)明如下。; R; o) b4 k! B& H8 E2 `3 V- K" l
# {. W0 l1 m# B6 @
（1） main函數(shù)。
/ I6 W0 o; j, v4 t# f L# }: P6 i0 {" ^/ V; w+ d- x
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; K4 M. n) F; p9 G8 ?
# X( p6 P* E# @% c" l$ ]圖195 ~; Y, [8 }6 i+ A2 C( i: x
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' b: V+ [0 A! K4 ^
圖20+ g6 Y1 m1 u6 R* b( U: r* `; r
$ q' n# e7 Q5 u$ n) L) e" u
( h6 b$ s0 `( M$ m) P* b![]() ![]() ​
' o) `" @7 A9 ]1 Z# _& Y
T# B+ `# l$ U0 T) e1 U0 V圖216 \4 M% g a/ ]
! X: A2 j0 A6 e5 r- ?, o
（2） 初始化VDMA，將采集到的視頻數(shù)據(jù)緩存至DDR，再進(jìn)行HDMI視頻輸出。6 k+ ^# l3 V+ x) M) Y q* |7 ^
, e; g" ?5 G W7 S* Y; H( K
# |" K6 \ K* A) K7 x1 o![]() ![]() ​
4 ^1 X; e5 `. A9 Y/ k% d3 a( X" Q8 B: R: O3 j, |6 J$ N
圖22
$ B: m- ], ^. N* o8 N
0 H& _0 U- [- X: H（3） 初始化Sil9022A。
P" I7 q P2 f3 ?! \
- T* e& @, w u) r$ x. {( w5 {* ]! u4 B$ C& F* F" q
![]() ![]() ​* g( I/ ~" }7 C+ U; }3 x; V
) ]' c" m0 u }5 v# M. g
圖23
+ w8 u0 Q& j" l
" O, [/ R' y( [" J. K（4） 初始化AXIS Switch IP核。
' L% h: Q F0 X: O% ?- {1 ~2 n% a+ R
![]() ![]() ​
' S- y2 Q8 k" x$ C$ B 圖24
G3 {% H+ }5 s! b; c7 } q7 J3 m3 m5 }/ m4 ~4 S. S
0 i! e9 o- J- u) H
初始化Sensor Demosaic IP核，以將彩色CameraLink相機(jī)的Bayer格式視頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為RGB格式。0 Z i+ O8 D3 W/ u& [. a1 l8 N) v
( J# w& d; O; T5 H2 l& r4 h
# _+ v! r7 ]9 U/ R8 V
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9 P2 G. R! [+ z' ~# \" u5 [) j( V# D" q
圖25$ U5 I1 S) C3 I8 Z2 j1 q3 B
4 X0 r' G' B$ [7 y: k7 q n# X- o. p: m（5） 初始化Video Mixer IP核。$ u- ^4 |) V+ W9 \
1 H5 s' w3 ] I' R
![]() ![]() ​! ]% ^# r$ k4 s. y% D* C, D& h4 `* l
圖26
/ }: g! Z: r! l. W8 e/ ?5 V- I8 k& T, Z) f& B' w
- X7 o& t" @* l+ z+ c0 ]- R備注：關(guān)于Vivado工程說(shuō)明及模塊/IP配置詳細(xì)內(nèi)容，可下載產(chǎn)品資料進(jìn)行查看。; |1 l4 e. ]5 @- S3 z
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9 i! \( x$ J) O" m( c& A4 _7 R1 V9 E K* m! u3 {2 d
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