基于FPGA的Cortex-M3软核OV5640摄像头采集工程 实现基于FPGA的Cortex-M3软核基本SOC系统外设包括GPIO和UART串口和OV5640摄像头实现摄像头采集和HDMI接口图像输出。 开发基于vivado2019.2和vitis理论上可适用于任何版本的vivado软件工程基于Keil设计并且附带本人编写的详细开发文档能够快速完成工程的移植。 在该工程基础上可进一步开发更多的功能。最近在折腾FPGA上的嵌入式系统尝试把Cortex-M3软核、摄像头采集和HDMI显示打包成完整方案。这个工程用Xilinx Artix-7 FPGA实现OV5640摄像头数据通过DMA搬运到显存再通过自定义HDMI控制器输出1080P图像整个过程全硬件加速实测帧率能稳定在30fps。系统架构上用AXI总线把Cortex-M3处理器和各个外设粘合在一起。最有趣的部分是OV5640的驱动设计——这货的寄存器配置简直是个迷宫。分享一段I2C初始化的关键代码void OV5640_Init(void) { I2C_Write(0x78, 0x3100, 0x11); //系统时钟分频 I2C_Write(0x78, 0x3008, 0x82); //软复位 Delay_ms(100); I2C_Write(0x78, 0x3103, 0x13); //PLL配置 I2C_Write(0x78, 0x3035, 0x21); //像素时钟分频 //...省略30多个寄存器配置 }调试时发现OV5640的I2C地址容易踩坑官方手册写的0x78是7位地址但实际用8位地址时要右移一位。这个细节卡了我两天后来用逻辑分析仪抓波形才发现问题。基于FPGA的Cortex-M3软核OV5640摄像头采集工程 实现基于FPGA的Cortex-M3软核基本SOC系统外设包括GPIO和UART串口和OV5640摄像头实现摄像头采集和HDMI接口图像输出。 开发基于vivado2019.2和vitis理论上可适用于任何版本的vivado软件工程基于Keil设计并且附带本人编写的详细开发文档能够快速完成工程的移植。 在该工程基础上可进一步开发更多的功能。图像传输用DMA实现零拷贝AXI DMA配置成SG模式时要注意描述符对齐。这里有个内存布局的技巧把描述符放在0x1000边界地址能避免跨4K页面的性能损耗。分享DMA初始化片段void DMA_Config(void) { XAxiDma_CfgInitialize(axiDma, config); XAxiDma_SelectKeyHole(axiDma, XAXIDMA_DEVICE_TO_DMA); XAxiDma_IntrEnable(axiDma, XAXIDMA_IRQ_ALL_MASK, XAXIDMA_DEVICE_TO_DMA); // 描述符链配置 desc[0].Control (u32)(DESC_CTRL_COMPLETE | (720*1280*2)); desc[0].BdAddr (u32)desc[1]; desc[0].BufferAddr (u32)frame_buffer; }HDMI部分采用TMDS编码硬核注意像素时钟要严格满足165MHz。这里有个坑Vivado的时钟向导生成的时钟有时会有jitter问题手动加个MMCM原语反而更稳定。显存设计成双缓冲结构DMA往后台缓冲区灌数据时HDMI控制器始终从前台缓冲区读取避免撕裂现象。移植时注意三个核心文件vivado/下的硬件工程定义总线架构bsp/中的驱动层封装硬件操作app/里的图像处理算法模板在Keil工程设置里记得关闭semihosting否则调试时会卡在串口初始化。分享个内存配置的坑——Cortex-M3的堆栈设置过小会导致摄像头数据搬运时随机崩溃建议把堆栈设为0x2000起步。这个工程已经跑通了JPEG抓拍和灰度直方图显示接下来打算加入运动检测算法。整套代码和23页的开发文档已打包移植到其他FPGA平台只需修改时钟约束和IO引脚分配实测在Spartan-6上也能流畅运行。下期分享如何在这个架构上跑FreeRTOS实现多任务图像处理有兴趣的可以先在工程里试试摄像头参数实时调节功能。