基于FPGA的CameraLink视频开发案例｜基于Kintex-7、Zynq-7045/7100开发板

前言

CameraLink + FPGA架构视频采集系统


采用CameraLink + FPGA架构的视频采集与传输系统，既可实现符合CameraLink协议的数字相机，采集卡之间的通信与控制，同时实现对图像数据采集、转换、缓存、实时处理、输出等。该架构系统稳定性可靠，精度高，不易受干扰，具有较强的通用性、实用性和扩展性，灵活性也大大增强。CameraLink技术现已广泛应用于航空航天、军事、医疗、交通等领域。


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图2


创龙科技(Tronlong)的Kintex-7、Zynq-7045/7100等FPGA板卡已实现CameraLink视频采集与处理方案。本文将为您分享基于Kintex-7 FPGA评估板的CameraLink视频开发案例。





CameraLink协议


CameraLink协议是一种专门针对机器视觉应用领域的串行通信协议，它使用低压差分信号(LVDS)进行数据的传输和通信。CameraLink标准是在ChannelLink标准的基础上多加了6对差分信号线，其中4对用于并行传输相机控制信号，另外2对用于相机和图像采集卡之间的串行通信(本质就是UART的两根线)。


CameraLink标准的视频传输模式分为三种：Base模式、Medium模式、Full模式。其中每个端口为8位数据，CameraLink标准的规定标准时钟频率最大为85MHz。




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图1





1 硬件平台本文基于创龙科技TLK7-EVM评估板进行演示。
TLK7-EVM是一款基于Xilinx Kintex-7系列FPGA设计的高端评估板，由核心板和评估底板组成。核心板经过专业的PCB Layout和高低温测试验证，稳定可靠，可满足各种工业应用环境。
评估板接口资源丰富，引出FMC、SFP+、PCIe、SATA、HDMI等接口，方便用户快速进行产品方案评估与技术预研。
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图3 TLK7-EVM评估板


开发案例主要包括：
Ø CameraLink、SDI、HDMI、PAL视频输入/输出案例
Ø 高速AD(AD9613)采集+高速DA(AD9706)输出案例
Ø AD9361软件无线电案例
Ø UDP(10G)光口通信案例
Ø UDP(1G)光口通信案例
Ø Aurora光口通信案例
Ø PCIe通信案例


案例源码、产品资料（用户手册、核心板硬件资料、产品规格书）可点　site.tronlong.com/pfdownload获取。







2 案例功能

案例功能：评估板通过FMC视频模块TLCameraLinkF的CameraLink接口进行分辨率为1280x1024的视频采集，并通过TLCameraLinkF模块的HDMI接口将采集到的视频进行输出。




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图6 程序功能框图




3 案例演示

本案例支持三款CameraLink相机，具体说明如下。

厂家	相机型号	支持模式	相机性能
Microview （北京微视）	RS-A5241-CM107-S00 （黑白CameraLink相机）	Full	全幅面2560*2048下，帧率可达107fps
		Base
	RS-A5241-CC107-S00 （彩色CameraLink相机）	Full	全幅面2560*2048下，帧率可达107fps
		Base
	MVC1381SAM-CL60-S00 （黑白CameraLink相机）	Base	全幅面1280*1024下，帧率可达60fps

Full模式硬件连接方法


如采用Full模式，创龙科技的TLCameraLinkF模块连接至评估板FMC2接口，评估板J1跳线帽选择1.8V档位，以配置FMC IO的BANK电压为1.8V。


将CameraLink相机的CL0通过数据线连接至TLCameraLinkF模块的CameraLink1接口，将CameraLink相机的CL1通过数据线连接至TLCameraLinkF模块的CameraLink2接口，将HDMI显示屏通过数据线连接至TLCameraLinkF模块的HDMI OUT接口。
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图7


Base模式硬件连接方法


如采用Base模式，将创龙科技的TLCameraLinkF模块连接至评估板FMC2接口，评估板J1跳线帽选择1.8V档位，以配置FMC IO的BANK电压为1.8V。


将CameraLink相机的CL0通过数据线连接至TLCameraLinkF模块的CameraLink1接口，将HDMI显示屏通过数据线连接至TLCameraLinkF模块的HDMI OUT接口。
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图8


下面对三款不同型号的CameraLink相机在Full/Base模式下的操作进行演示。


（1） 黑白CameraLink相机RS-A5241-CM107-S00，Full模式


请运行Full模式程序，即可看到串口调试终端打印如下信息。请先输入"1"选择相机型号为RS-A5241-CM107-S00，再输入"1"选择为Full模式。配置完成后，即可看到HDMI显示屏输出黑白图像。
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图9
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图10


（2） 彩色CameraLink相机RS-A5241-CC107-S00，Full模式


请运行Full模式程序，即可看到串口调试终端打印如下信息。请先输入"2"选择相机型号为RS-A5241-CC107-S00，再输入"1"选择为Full模式。配置完成后，即可看到HDMI显示屏输出彩色图像。
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图11
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图12


备注：由于彩色CameraLink相机RS-A5241-CC107-S00无白平衡功能，故图像颜色偏绿。


（3） 黑白CameraLink相机RS-A5241-CM107-S00，Base模式


请运行Base模式程序，即可看到串口调试终端打印如下信息。请先输入"1"选择相机型号为RS-A5241-CM107-S00，再输入"2"选择为Base模式。配置完成后，即可看到HDMI显示屏输出黑白图像。


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图13
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图14




（4） CameraLink相机RS-A5241-CC107-S00，Base模式


请运行Base模式程序，即可看到串口调试终端打印如下信息。请先输入"2"选择相机型号为RS-A5241-CC107-S00，再输入"2"选择为Base模式。配置完成后，即可看到HDMI显示屏输出彩色图像。


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图15
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图16


备注：由于彩色CameraLink相机RS-A5241-CC107-S00无白平衡功能，故图像颜色偏绿。




（5） 黑白CameraLink相机MVC1381SAM-CL60-S00，Base模式


请运行Base模式程序，即可看到串口调试终端打印如下信息。请输入"3"选择相机型号为MVC1381SAM-CL60-S00。配置完成后，即可看到HDMI显示屏输出黑白图像。


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图17
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图18




4 关键代码(MicroBlaze)

MicroBlaze裸机源码为"sw\baremetal_demo\project\cameralink_display\src\"，关键代码说明如下。


（1） main函数。
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图19
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图20




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（2） 初始化VDMA，将采集到的视频数据缓存至DDR，再进行HDMI视频输出。




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（3） 初始化Sil9022A。




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图23


（4） 初始化AXIS Switch IP核。


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图24




初始化Sensor Demosaic IP核，以将彩色CameraLink相机的Bayer格式视频数据转化为RGB格式。




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图25


（5） 初始化Video Mixer IP核。


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图26




备注：关于Vivado工程说明及模块/IP配置详细内容，可下载产品资料进行查看。
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Kintex-7 FPGA
Zynq-700


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