FPGA高端项目：Xilinx Artix7系列FPGA 多路视频缩放拼接工程解决方案提供4套工程源码+技术支持

1、前言
- 版本更新说明
- 给读者的一封信
- FPGA就业高端项目培训计划
- 免责声明
2、相关方案推荐
- 我这里已有的FPGA图像缩放方案
- 我已有的FPGA视频拼接叠加融合方案
- 本方案的Xilinx Kintex7系列FPGA上的ov5640版本
- 本方案的Xilinx Kintex7系列FPGA上的HDMI版本
3、设计思路框架
- 设计框图
- 视频源选择
- ov5640 i2c配置及采集
- silcon9011的i2c配置
- 动态彩条
- 图像缩放模块详解
- 图像缩放模块使用
- 多路视频拼接算法
- 图像缓存
- 视频输出
- 工程源码架构
4、工程代码1详解：ov5640版本-->掌握2路视频缩放+拼接
5、工程代码2详解：ov5640版本-->掌握4路视频缩放+拼接
6、工程代码3详解：HDMI版本-->掌握2路视频缩放+拼接
7、工程代码4详解：HDMI版本-->掌握4路视频缩放+拼接
8、工程移植说明
- vivado版本不一致处理
- FPGA型号不一致处理
- 其他注意事项
9、上板调试验证并演示
- 准备工作
- 工程1：ov5640输入版本-->2路视频缩放拼接输出演示
- 工程2：ov5640输入版本-->4路视频缩放拼接输出演示
- 工程3：HDMI输入版本-->2路视频缩放拼接输出演示
- 工程4：HDMI输入版本-->4路视频缩放拼接输出演示
10、福利：工程源码获取

1、前言

没玩过图像缩放和视频拼接都不好意思说自己玩儿过FPGA，这是CSDN某大佬说过的一句话，鄙人深信不疑。。。本文使用Xilinx的Artix7系列FPGA实现多路视频缩放拼接方案，视频源有两种，分别对应开发者手里有没有摄像头的情况，一种是使用廉价的OV5640摄像头模组或者板载的HDMI输入接口，HDMI解码采用silcon9011芯片解码方式，如果你的手里没有摄像头或者没有摄像头输入接口，亦或者你的开发板没有HDMI输入接口，或者HDMI解码不是silcon9011芯片解码方式，则可使用代码内部生成的动态彩条模拟摄像头视频；视频源的选择通过代码顶层的define宏定义进行选择，默认使用ov5640或者HDMI作为视频源；FPGA采集到输入视频后，首先经过图像缩放模块对图像进行缩放操作，图像缩放模块支持领域插值和双线性插值2种算法，通过模块顶层参数选择，默认使用双线性插值；缩放后的图像进入我常用的FDMA图像缓存架构进行图像拼接和缓存；这里需要注意的是，我的手里没有多路摄像头，所以用采集到的视频复制N路，以模拟N路视频；视频拼接在调用FDMA的不同方案中得以实现，比如你需要进行4路视频拼接，则需要调用4路FDMA，并对其进行不同的配置，具体方案在后面会介绍；拼接缓存的图像写入DDR中，然后在VGA时序生成模块的控制下读出视频；最后送入板载的silcon9134芯片编码为HDMI视频后，发送视频至显示器即可；如果你的开发板HDMI输出接口不是芯片驱动，而是直连FPGA引脚，代码里也预留了纯verilog代码实现的HDMI输出模块来适应这种情况；针对目前市面上主流的FPGA，本纯verilog图像缩放拼接方案一共移植了18套工程源码，本博文介绍其中基于Xilinx Artix7系列FPGA ov5640版本的4套工程，详情如下：
在这里插入图片描述
这里说明一下提供的4套工程源码的作用和价值，如下：

工程源码1：ov5640输入版本–2路视频缩放+拼接
ov5640或者动态彩条输入，输入视频分辨率为1280x720，经过图像缩放模块后视频辨率为960x1080，缩放后的视频复制2份，用以模拟2路视频，调用2路FDMA图像缓存架构做视频拼接和图像缓存，最后HDMI输出，1920x1080的输出分辨率背景上叠加2路分辨率为960x1080的缩放拼接的视频，即2分屏输出显示；此工程目的是让读者掌握2路视频缩放+拼接的用法，以便能够移植和设计自己的项目；

工程源码2：ov5640输入版本–4路视频缩放+拼接
ov5640或者动态彩条输入，输入视频分辨率为1280x720，经过图像缩放模块后视频辨率为960x540，缩放后的视频复制4份，用以模拟4路视频，调用4路FDMA图像缓存架构做视频拼接和图像缓存，最后HDMI输出，1920x1080的输出分辨率背景上叠加4路分辨率为960x540的缩放拼接的视频，即4分屏输出显示；此工程目的是让读者掌握4路视频缩放+拼接的用法，以便能够移植和设计自己的项目；

工程源码3：HDMI输入版本–2路视频缩放+拼接
HDMI或者动态彩条输入，输入视频分辨率为1920x1080，经过图像缩放模块后视频辨率为960x1080，缩放后的视频复制2份，用以模拟2路视频，调用2路FDMA图像缓存架构做视频拼接和图像缓存，最后HDMI输出，1920x1080的输出分辨率背景上叠加2路分辨率为960x1080的缩放拼接的视频，即2分屏输出显示；此工程目的是让读者掌握2路视频缩放+拼接的用法，以便能够移植和设计自己的项目；

工程源码4：HDMI输入版本–4路视频缩放+拼接
HDMI或者动态彩条输入，输入视频分辨率为1920x1080，经过图像缩放模块后视频辨率为960x540，缩放后的视频复制4份，用以模拟4路视频，调用4路FDMA图像缓存架构做视频拼接和图像缓存，最后HDMI输出，1920x1080的输出分辨率背景上叠加4路分辨率为960x540的缩放拼接的视频，即4分屏输出显示；此工程目的是让读者掌握4路视频缩放+拼接的用法，以便能够移植和设计自己的项目；

本博客详细描述了Xilinx Artix7系列FPGA 多路视频缩放拼接工程解决方案的设计方案，工程代码可综合编译上板调试，可直接项目移植，适用于在校学生、研究生项目开发，也适用于在职工程师做学习提升，可应用于医疗、军工等行业的高速接口或图像处理领域；
提供完整的、跑通的工程源码和技术支持；
工程源码和技术支持的获取方式放在了文章末尾，请耐心看到最后；

版本更新说明

此版本为第3版，根据读者的建议，对第1版工程做了改进和更新形成如下第2版本：
1：增加了输入视频动态彩条的选择，有的读者说他手里没有OV5640摄像头或者摄像头原理图和我的不一致，导致在移植过程中困难很大，基于此，增加了动态彩条，它由FPGA内部产生，不需要外接摄像头就可以使用，使用方法在后文有说明；
2：优化了FDMA，之前的FDMA内AXI4的数据读写突发长度为256，导致在低端FPGA上带宽不够，从而图像质量不佳，基于此，将FDMA内AXI4的数据读写突发长度改为128；
3：优化了HDMI输出模块，之前用的自定义IP，有读者说IP无法更新，虽能正常使用，但看源码不方便，基于此，将HDMI输出模块改为纯verilog实现的，直接了当；
4:更新了输出时序模块，我的输出时序模块采用1080P背景中显示有效区域图像的方式，之前的版本，除有效区域图像外，其他区域是花屏的，有读者说看着不舒服，基于此，将，除有效区域图像外的图像优化为黑色，即黑色背景中显示有效区域图像的方式，在后面有贴图；

根据读者的建议，对第2版工程做了改进和更新形成如下第3版本：
1：优化了图像缩放模块代码结构，将原来的跨时钟域FIFO纳入图像缩放模块内部，并添加了新的顶层接口和配置参数，使能原来复杂的顶层接口和参数变得十分简洁；
2：新增了纯verilog实现的异步FIFO，代码里可选Xilinx的FIFO IP核，也可选verilog实现的异步FIFO，通过顶层参数选择，这样就使得图像缩放模块移植性和通用性更强；
3：工程整体使用难度大大降低，由于优化了图像缩放模块和整体代码架构，加之将原来很多参数进行了统一的设置，代码量和行数减少了近45%，仅需修改集合参数就能快速实现工程的移植和修改；

给读者的一封信

FPGA作为当今热门行业，入行门槛很高，工资待遇不错，一时间引无数英雄尽折腰，但很多初学者甚至工程师都还有很多误区，现给读者一封信如下：
1、矮要承认挨打站稳
要学FPGA，甚至吃这碗饭，每个人都是从零基础开始的，你对自己有自信，认为你行，就自学；你不自信，就找别人学；和古代拜师学艺是一回事儿；首先思维要符合逻辑；
2、基础问题需要自己解决
最基础的知识，比如：verilog语法、vivado工具使用、模电数电基础常识、电脑使用、计算机基本结构。。。这些基础知识在网上都是免费的，既有文字资料也有视频资料；这些基础知识你一定要具备，因为这是你能获得的性价比最高的东西了，首先它免费；其次它简单，只需要你花时间，不需要花脑子；最后它重要，这是你干FPGA的基础；
3、有了源码等于零
你可能认为，我有了源码就能做项目了，我可以肯定的告诉你，该醒醒了；原子弹的详细原理和原料配方甚至生产工艺流程在网上都是公开的，为啥全世界就那联合国几大流氓能造出来的？同样的，源码给你，你看得懂吗？你知道怎么用吗？看不懂不会用的源码，跟废物有什么区别？你需要的是源码+工程，最完美的是源码+工程+技术支持；有了源码，就有了可开发的底层架构，有了工程就知道源码或者模块怎么使用，有了技术支持就可以根据源码修改开发自己的项目；
4、先学会爬在学会跑
对于初学者，没有资格研究代码，你首先需要做的是对工程进行复现；比如给你一个图像的工程，你首先在自己的开发板上复现这个工程的功能，然后再去阅读理解代码，然后对代码的功能部分做小幅修改，比如改一下接口，增加几个输出接口，比如加一个LED输出；小幅修改后再慢慢增加修改幅度，以符合自己的需求；
5、学FPGA要不求甚解
学FPGA要不求甚解，甚至不需要理解，这句话咋听着有点不符合逻辑呢？对于很多功能性模块而言，你不需要理解它怎么实现的，你只需要知道怎么使用它，比如一个图像缩放模块，这种东西都是很老的知识，以你目前的知识水平，该模块的代码你怎么看也看不懂的，但你只要知道怎么使用它就行了，知道怎么使用，就能做项目，就能在公司呆下去了，原因很简单，老板招你来是干活儿的，不是招你来学习的，那是学校的事儿；如果要等什么都懂了才干活儿，那公司早垮了，学FPGA就是在实践中学习，先上前线去干活，边干边学，在实践中遇到问题，并主动去查资料问大佬理解问题，才是成长最快的，而不是一味的咬文嚼字刨根问底；

FPGA就业高端项目培训计划

鉴于目前的FPGA就业和行业现状，本博推出了FPGA就业高端项目培训：纯verilog多路视频缩放+拼接工程解决方案的计划，该计划旨在让一部分人先学会FPGA纯verilog图像缩放，提高从业者的技术水平和工资待遇，详细计划如下：
在这里插入图片描述
FPGA就业高端项目培训计划细节：
1、我发你上述18套工程源码和对应的工程设计文档网盘链接，你保存下载，作为培训的核心资料；
2、你根据自己的实际情况安装好对应的开发环境，然后对着设计文档进行浅层次的学习；
3、遇到不懂的随时问我，包括代码、职业规划、就业咨询、人生规划、战略规划等等；
4、每周末进行一次腾讯会议，我会检查你的学习情况和面对面沟通交流；
5、你可以移植代码到你自己的FPGA开发板上跑，如果你没有板子，你根据你自己的需求修改代码后，编译工程，把bit发我，我帮你下载到我的板子上验证；

免责声明

本工程及其源码即有自己写的一部分，也有网络公开渠道获取的一部分(包括CSDN、Xilinx官网、Altera官网等等)，若大佬们觉得有所冒犯，请私信批评教育；基于此，本工程及其源码仅限于读者或粉丝个人学习和研究，禁止用于商业用途，若由于读者或粉丝自身原因用于商业用途所导致的法律问题，与本博客及博主无关，请谨慎使用。。。

2、相关方案推荐

我这里已有的FPGA图像缩放方案

我的主页目前有FPGA图像缩放专栏，改专栏收录了我目前手里已有的FPGA图像缩放方案，从实现方式分类有基于HSL实现的图像缩放、基于纯verilog代码实现的图像缩放；从应用上分为单路视频图像缩放、多路视频图像缩放、多路视频图像缩放拼接；从输入视频分类可分为OV5640摄像头视频缩放、SDI视频缩放、MIPI视频缩放等等；以下是专栏地址：
点击直接前往

我已有的FPGA视频拼接叠加融合方案

我的主页目前有FPGA视频拼接叠加融合专栏，改专栏收录了我目前手里已有的FPGA视频拼接叠加融合方案，从实现方式分类有基于HSL实现的视频拼接、基于纯verilog代码实现的视频拼接；从应用上分为单路、2路、3路、4路、8路、16路视频拼接；视频缩放+拼接；视频融合叠加；从输入视频分类可分为OV5640摄像头视频拼接、SDI视频拼接、CameraLink视频拼接等等；以下是专栏地址：
点击直接前往

本方案的Xilinx Kintex7系列FPGA上的ov5640版本

本方案适应于所有FPGA平台，针对目前市面上主流的FPGA，本博将本方案分别移植到了Xilinx 的Artix7、Kintex7、Zynq7020、紫光同创等平台共计18套工程源码，本文讲述的是在Xilinx Artix7系列FPGA上的应用，想要直接应用于Xilinx Kintex7系列FPGA上的ov5640视频缩放拼接应用的读者，可以参考我之前写得博客，以下是博客地址：
点击直接前往

本方案的Xilinx Kintex7系列FPGA上的HDMI版本

本方案适应于所有FPGA平台，针对目前市面上主流的FPGA，本博将本方案分别移植到了Xilinx 的Artix7、Kintex7、Zynq7020、紫光同创等平台共计18套工程源码，本文讲述的是在Xilinx Artix7系列FPGA上的应用，想要直接应用于Xilinx Kintex7系列FPGA上的HDMI视频缩放拼接应用的读者，可以参考我之前写得博客，以下是博客地址：
点击直接前往

3、设计思路框架

设计框图

本博客提供4套vivado工程源码，设计框图如下：
在这里插入图片描述

视频源选择

工程1和工程2的输入默认为OV5640摄像头模组，视频源有两种，分别对应开发者手里有没有摄像头的情况，一种是使用廉价的OV5640摄像头模组；如果你的手里没有摄像头，或者你的开发板没有摄像头接口，则可使用代码内部生成的动态彩条模拟摄像头视频；视频源的选择通过代码顶层的define宏定义进行，默认使用ov5640作为视频源；视频源的选择通过代码顶层的`define宏定义进行；如下：
在这里插入图片描述
选择逻辑代码部分如下：

选择逻辑如下：
当(注释) define COLOR_TEST时，输入源视频是ov5640摄像头；
当(不注释) define COLOR_TEST时，输入源视频是动态彩条；

工程3和工程4的输入默认为HDMI，视频源有两种，分别对应开发者手里有没有摄像头的情况，板载的HDMI输入接口，HDMI解码采用silcon9011芯片解码方式，如果你的开发板没有HDMI输入接口，或者HDMI解码不是silcon9011芯片解码方式，则可使用代码内部生成的动态彩条模拟摄像头视频；视频源的选择通过代码顶层的define宏定义进行，默认使用HDMI作为视频源；视频源的选择通过代码顶层的`define宏定义进行；如下：
在这里插入图片描述
选择逻辑代码部分如下：

选择逻辑如下：
当(注释) define COLOR_TEST时，输入源视频是HDMI输入视频；
当(不注释) define COLOR_TEST时，输入源视频是动态彩条；

ov5640 i2c配置及采集

工程1和工程2的输入默认为OV5640摄像头模组，视频源有两种，分别对应开发者手里有没有摄像头的情况，一种是使用廉价的OV5640摄像头模组；如果你的手里没有摄像头，或者你的开发板没有摄像头接口，则可使用代码内部生成的动态彩条模拟摄像头视频；视频源的选择通过代码顶层的define宏定义进行，默认使用ov5640作为视频源；ov5640需要i2c配置才能使用，需要i2c配置分辨率，然后将DVP接口的两个时钟一个像素的GRB565视频数据采集为一个时钟一个像素的RGB565或者RGB888视频数据；ov5640i2c配置及采集代码如下：
在这里插入图片描述
ov5640配置和采集模块顶层参数如下：

module helai_ov5640_rx #(
	parameter RGB_TYPE    = 1'b0 ,	// 设为0-->输出RGB565；设为1-->输出RGB888
	parameter SENSOR_ADDR = 8'h78,	// i2c 从机器件地址
	parameter DISPAY_H    = 1280 ,	// ov5640输出视频宽度
	parameter DISPAY_V    = 720  	// ov5640输出视频高度
)(
	input         clk          ,	// 输入时钟
	input         rst_n        ,	// 低电平复位
	input  [15:0] clk_div_cnt  ,	// 分频参数 clk_div_cnt=clk/(5*i2c_scl)-1	  
	inout         cam_scl      ,    //cmos i2c clock 即上面公式里的i2c_scl
	inout         cam_sda      ,    //cmos i2c data
	input         cam_vsync    ,    //cmos vsync
	input         cam_href     ,    //cmos hsync refrence,data valid
	input         cam_iclk     ,    //cmos pxiel clock	
	input         cam_pclk     ,    //cmos pxiel clock
    output        cam_xclk     ,    //cmos externl clock 
	input   [7:0] cam_data     ,    //cmos data
	output        cam_rst_n    ,    //cmos reset 
	output        cam_pwdn     ,    //cmos power down
	output        o_ov5640_hs  ,    // 输出的RGB视频行同步信号 	
	output        o_ov5640_vs  ,	// 输出的RGB视频场同步信号   
	output        o_ov5640_de  ,	// 输出的RGB视频像素数据有效信号  
    output [23:0] o_ov5640_data		// 输出的RGB视频像素数据	
);

ov5640配置和采集模块的例化请参考工程源码的顶层代码；

silcon9011的i2c配置

工程3和工程4的输入默认为HDMI，视频源有两种，分别对应开发者手里有没有摄像头的情况，板载的HDMI输入接口，HDMI解码采用silcon9011芯片解码方式，如果你的开发板没有HDMI输入接口，或者HDMI解码不是silcon9011芯片解码方式，则可使用代码内部生成的动态彩条模拟摄像头视频；视频源的选择通过代码顶层的define宏定义进行，默认使用HDMI作为视频源；silcon9011需要i2c配置才能使用，配置代码如下：
在这里插入图片描述
更多关于更多silcon9011的信息，请参考我之前的博客，链接如下：
直接点击前往

动态彩条

如果你的手里没有Sensor（ov5640或者HDMI），或者你得开发板没有Sensor（ov5640或者HDMI）接口，则可使用代码内部生成的动态彩条模拟摄像头视频；视频源的选择通过代码顶层的define宏定义进行，动态彩条可配置为不同分辨率的视频，视频的边框宽度，动态移动方块的大小，移动速度等都可以参数化配置，动态彩条模块代码位置和顶层接口和例化如下：
在这里插入图片描述

动态彩条模块的例化请参考工程源码的顶层代码；

图像缩放模块详解

图像缩放模块功能框图如下，由跨时钟FIFO、插值+RAM阵列构成，跨时钟FIFO的目的是解决跨时钟域的问题，比如从低分辨率视频放大到高分辨率视频时，像素时钟必然需要变大，这是就需要异步FIFO了，插值算法和RAM阵列具体负责图像缩放算法层面的实现；
在这里插入图片描述
插值算法和RAM阵列以ram和fifo为核心进行数据缓存和插值实现，设计架构如下：

图像缩放模块代码架构如下：模块的例化请参考工程源码的顶层代码；

图像缩放模块FIFO的选择可以调用工程对应的vivado工具自带的FIFO IP核，也可以使用纯verilog实现的FIFO，可通过接口参数选择，图像缩放模块顶层接口如下：

module helai_video_scale #(
	//---------------------------Parameters----------------------------------------
	parameter FIFO_TYPE          =	"xilinx",		// "xilinx" for xilinx-fifo ; "verilog" for verilog-fifo
	parameter DATA_WIDTH         =	8       ,		//Width of input/output data
	parameter CHANNELS           =	1       ,		//Number of channels of DATA_WIDTH, for color images
	parameter INPUT_X_RES_WIDTH  =	11      		//Widths of input/output resolution control signals	
)(
	input                            i_reset_n         ,    // 输入--低电平复位信号
	input  [INPUT_X_RES_WIDTH-1:0]   i_src_video_width ,	// 输入视频--即缩放前视频的宽度
	input  [INPUT_X_RES_WIDTH-1:0]   i_src_video_height,	// 输入视频--即缩放前视频的高度
	input  [INPUT_X_RES_WIDTH-1:0]   i_des_video_width ,	// 输出视频--即缩后前视频的宽度
	input  [INPUT_X_RES_WIDTH-1:0]   i_des_video_height,	// 输出视频--即缩后前视频的高度
	input                            i_src_video_pclk  ,	// 输入视频--即缩前视频的像素时钟
	input                            i_src_video_vs    ,	// 输入视频--即缩前视频的场同步信号,必须为高电平有效
	input                            i_src_video_de    ,	// 输入视频--即缩前视频的数据有效信号,必须为高电平有效
	input  [DATA_WIDTH*CHANNELS-1:0] i_src_video_pixel ,	// 输入视频--即缩前视频的像素数据
	input                            i_des_video_pclk  ,	// 输出视频--即缩后视频的像素时钟,一般为写入DDR缓存的时钟
	output                           o_des_video_vs    ,	// 输出视频--即缩后视频的场同步信号,高电平有效
	output                           o_des_video_de    ,	// 输出视频--即缩后视频的数据有效信号,高电平有效
	output [DATA_WIDTH*CHANNELS-1:0] o_des_video_pixel 		// 输出视频--即缩后视频的像素数据
);

FIFO_TYPE选择原则如下：
1：总体原则，选择"xilinx"好处大于选择"verilog"；
2：当你的FPGA逻辑资源不足时，请选"xilinx"；
3：当你图像缩放的视频分辨率较大时，请选"xilinx"；
4：当你的FPGA没有FIFO IP或者FIFO IP快用完了，请选"verilog"；
5：当你向自学一下异步FIFO时，，请选"verilog"；
6：不同FPGA型号对应的工程FIFO_TYPE参数不一样，但选择原则一样，具体参考代码；

2种插值算法的整合与选择
本设计将常用的双线性插值和邻域插值算法融合为一个代码中，通过输入参数选择某一种算法；
具体选择参数如下：

input  wire i_scaler_type //0-->bilinear;1-->neighbor

通过输入i_scaler_type 的值即可选择；

输入0选择双线性插值算法；
输入1选择邻域插值算法；

代码里的配置如下：
在这里插入图片描述

图像缩放模块使用

图像缩放模块使用非常简单，顶层代码里设置了四个参数，如下：
在这里插入图片描述
上图视频通过图像缩放模块但不进行缩放操作，旨在掌握图像缩放模块的用法；如果需要将图像放大到1080P，则修改为如下：

当然，需要修改的不仅仅这一个地方，FDMA的配置也需要相应修改，详情请参考代码，但我想要证明的是，图像缩放模块使用非常简单，你都不需要知道它内部具体怎么实现的，上手就能用；

多路视频拼接算法

纯verilog多路视频拼接方案如下：以4路OV5640摄像头拼接为例；
在这里插入图片描述
输出屏幕分辨率为1920X1080；
输入摄像头分辨率为960X540；
4路输入刚好可以占满整个屏幕；
多路视频的拼接显示原理如下：

以把 2 个摄像头 CAM0 和 CAM1 输出到同一个显示器上为列，为了把 2 个图像显示到 1 个显示器，首先得搞清楚以下关系：
hsize：每 1 行图像实际在内存中占用的有效空间，以 32bit 表示一个像素的时候占用内存大小为 hsize X 4；
hstride：用于设置每行图像第一个像素的地址,以 32bit 表示一个像素的时候 v_cnt X hstride X 4；
vsize：有效的行；
因此很容易得出 cam0 的每行第一个像素的地址也是 v_cnt X hstride X 4；
同理如果我们需要把 cam1 在 hsize 和 vsize 空间的任何位置显示，我们只要关心 cam1 每一行图像第一个像素的地址，可以用以下公式 v_cnt X hstride X 4 + offset；
uifdma_dbuf 支持 stride 参数设置，stride 参数可以设置输入数据 X(hsize)方向每一行数据的第一个像素到下一个起始像素的间隔地址，利用 stride 参数可以非常方便地摆放输入视频到内存中的排列方式。
关于uifdma_dbuf，可以参考我之前写的文章点击查看：FDMA实现视频数据三帧缓存
根据以上铺垫，每路摄像头缓存的基地址如下：
CAM0：ADDR_BASE=0x80000000；
CAM1：ADDR_BASE=0x80000000+(1920-960)X4；
CAM2：ADDR_BASE=0x80000000+(1080-540)X1920X4；
CAM3：ADDR_BASE=0x80000000+(1080-540)X1920X4+(1920-960)X4；
地址设置完毕后基本就完事儿了；
注意！
注意！
注意！
在Zynq的地址分配中，FDMA的基地址不是上述的0x80000000，而是0x01000000；因为0x00000000是Zynq内核启动及其片内外设的基地址，所以不能以0x00000000作为PL端设备的基地址，由于Zynq地址分配从0x00000000开始，所以也不可能将FDMA基地址人为设置为0x80000000了；

图像缓存

经常看我博客的老粉应该都知道，我做图像缓存的套路是FDMA，他的作用是将图像送入DDR中做3帧缓存再读出显示，目的是匹配输入输出的时钟差和提高输出视频质量，关于FDMA，请参考我之前的博客，博客地址：点击直接前往
FDMA图像缓存架构如下图所示：截图为4路视频拼接，其他多路视频拼接与之类似；
在这里插入图片描述
需要注意的是，Xilinx系列的Artix7、Kintex7以及紫光和高云工程都使用DDR3作为缓存，Zynq7020工程使用PS端的DDR3作为缓存；Artix7、Kintex7工程调用MIG IP实现DDR3读写；Zynq7020工程调用Zynq软核实现DDR3读写；没有用到VDMA之类的IP，所以不需要SDK配置；

这里多路视频拼接时，调用多路FDMA进行缓存，具体讲就是每一路视频调用1路FDMA，以4路视频拼接为例：
调用4路FDMA，其中三路配置为写模式，因为这三路视频在这里只需要写入DDR3，读出是由另一个FDMA完成，配置如下：
在这里插入图片描述
另外1路FDMA配置为读写模式，因为4路视频需要同时一并读出，配置如下：

视频拼接的关键点在于4路视频在DDR3中缓存地址的不同，还是以4路视频拼接为例，4路FDMA的写地址以此为：
第一路视频缓存写基地址：0x80000000；
第二路视频缓存写基地址：0x80000f00；
第三路视频缓存写基地址：0x803f4800；
第四路视频缓存写基地址：0x803f5700；
视频缓存读基地址：0x80000000；

视频输出

拼接缓存的图像写入DDR中，然后在VGA时序生成模块的控制下读出视频；最后送入板载的silcon9134芯片编码为HDMI视频后，发送视频至显示器即可；如果你的开发板HDMI输出接口不是芯片驱动，而是直连FPGA引脚，代码里也预留了纯verilog代码实现的HDMI输出模块来适应这种情况；silcon9134需要i2c配置才能使用，配置代码如下：
在这里插入图片描述
更多关于更多silcon9011的信息，请参考我之前的博客，链接如下：
直接点击前往
如果你的开发板HDMI输出接口不是芯片驱动，而是直连FPGA引脚，代码里也预留了纯verilog代码实现的HDMI输出模块来适应这种情况；如下：
在这里插入图片描述
纯verilog代码实现的HDMI输出模块代码如下：

关于纯verilog代码实现的HDMI输出模块，请参考我之前的博客，博客地址：点击直接前往

工程源码架构

Xilinx Artix7系列FPGA工程源码架构具有高度相似性，以工程1为例截图如下：
在这里插入图片描述

4、工程代码1详解：ov5640版本–>掌握2路视频缩放+拼接

开发板FPGA型号：Xilinx–Artix7–xc7a35tfgg484-2；
开发环境：Vivado2019.1；
输入：OV5640摄像头或动态彩条，分辨率1280x720；
输出：1920x1080的输出分辨率背景上叠加2路分辨率为960x1080的缩放拼接的视频，即2分屏输出显示；
视频缩放方案：输入1280x720–>输出960x1080；
视频拼接方案：2路视频拼接；
工程作用：此工程目的是让读者掌握2路视频缩放+拼接的用法，以便能够移植和设计自己的项目；
工程Block Design请参考第3章节“设计思路框架”的“图像缓存”小节内容；
工程代码架构请参考第3章节“设计思路框架”的“工程源码架构”小节内容；
工程的资源消耗和功耗如下：该工程使用的是Xilinx fifo方案；
在这里插入图片描述

5、工程代码2详解：ov5640版本–>掌握4路视频缩放+拼接

开发板FPGA型号：Xilinx–Artix7–xc7a35tfgg484-2；
开发环境：Vivado2019.1；
输入：OV5640摄像头或动态彩条，分辨率1280x720；
输出：1920x1080的输出分辨率背景上叠加4路分辨率为960x540的缩放拼接的视频，即4分屏输出显示；
视频缩放方案：输入1280x720–>输出960x540；
视频拼接方案：4路视频拼接；
工程作用：此工程目的是让读者掌握4路视频缩放+拼接的用法，以便能够移植和设计自己的项目；
工程Block Design请参考第3章节“设计思路框架”的“图像缓存”小节内容；
工程代码架构请参考第3章节“设计思路框架”的“工程源码架构”小节内容；
工程的资源消耗和功耗如下：该工程使用的是Xilinx fifo方案；
在这里插入图片描述

6、工程代码3详解：HDMI版本–>掌握2路视频缩放+拼接

开发板FPGA型号：Xilinx–Artix7–xc7a35tfgg484-2；
开发环境：Vivado2019.1；
输入：HDMI或动态彩条，分辨率1920x1080；
输出：1920x1080的输出分辨率背景上叠加2路分辨率为960x1080的缩放拼接的视频，即2分屏输出显示；
视频缩放方案：输入1920x1080–>输出960x1080；
视频拼接方案：2路视频拼接；
工程作用：此工程目的是让读者掌握2路视频缩放+拼接的用法，以便能够移植和设计自己的项目；
工程Block Design请参考第3章节“设计思路框架”的“图像缓存”小节内容；
工程代码架构请参考第3章节“设计思路框架”的“工程源码架构”小节内容；
工程的资源消耗和功耗如下：该工程使用的是Xilinx fifo方案；
在这里插入图片描述

7、工程代码4详解：HDMI版本–>掌握4路视频缩放+拼接

开发板FPGA型号：Xilinx–Artix7–xc7a35tfgg484-2；
开发环境：Vivado2019.1；
输入：HDMI或动态彩条，分辨率1920x1080；
输出：1920x1080的输出分辨率背景上叠加4路分辨率为960x540的缩放拼接的视频，即4分屏输出显示；
视频缩放方案：输入1920x1080–>输出960x540；
视频拼接方案：4路视频拼接；
工程作用：此工程目的是让读者掌握4路视频缩放+拼接的用法，以便能够移植和设计自己的项目；
工程Block Design请参考第3章节“设计思路框架”的“图像缓存”小节内容；
工程代码架构请参考第3章节“设计思路框架”的“工程源码架构”小节内容；
工程的资源消耗和功耗如下：该工程使用的是Xilinx fifo方案；
在这里插入图片描述

8、工程移植说明

vivado版本不一致处理

1：如果你的vivado版本与本工程vivado版本一致，则直接打开工程；
2：如果你的vivado版本低于本工程vivado版本，则需要打开工程后，点击文件–>另存为；但此方法并不保险，最保险的方法是将你的vivado版本升级到本工程vivado的版本或者更高版本；
在这里插入图片描述
3：如果你的vivado版本高于本工程vivado版本，解决如下：

打开工程后会发现IP都被锁住了，如下：

此时需要升级IP，操作如下：