AXI VDMA IP 的高級(jí)用例

引言

展示的是可以如何使用 AXI Video Direct Memory Access (VDMA) IP 來(lái)實(shí)現(xiàn)視頻剪裁、畫(huà)中畫(huà)或軟模式生成器功能。

示例 1：使用 AXI VDMA IP 的視頻裁剪

視頻裁剪

在某些情況下，您可能需要輸出分辨率比輸入分辨率小。視頻剪裁是您可以通過(guò) AXI 視頻直接存儲(chǔ)器訪問(wèn)(VDMA) IP 執(zhí)行的一項(xiàng)操作。

視頻剪裁是對(duì)圖像的特定部分進(jìn)行的“剪切”。我們可以通過(guò)只讀取傳入視頻的一部分來(lái)完成此操作。

通過(guò)AXI VDMA IP來(lái)實(shí)現(xiàn)

在此示例中，我要將測(cè)試模式生成器(TPG) IP 用作源，并且將 AXI VDMA IP 配置為已啟用讀寫(xiě)通道。這與視頻系列 24 中的設(shè)計(jì)相同。

在這個(gè)應(yīng)用中，我要把TPG IP設(shè)置為可以生成分辨率為1024x768的視頻（而會(huì)把HDMI輸出分辨率固定為800x600）

//Configure the TPG
app_hdmi_conf_tpg(&tpg_inst, 768, 1024, 0x2, XTPG_BKGND_COLOR_BARS);

必須完成的主要配置是 AXI VDMA IP。

寫(xiě)入接口被設(shè)置為1024x768

//S2MM Frame delay / Stride register
Xil_Out32(XPAR_AXI_VDMA_0_BASEADDR + 0xA8, 1024*2);
// S2MM HSIZE register
Xil_Out32(XPAR_AXI_VDMA_0_BASEADDR + 0xA4, 1024*2);
// S2MM VSIZE register
Xil_Out32(XPAR_AXI_VDMA_0_BASEADDR + 0xA0, 768);

讀取接口被設(shè)置為 800x600。

// MM2S Frame delay / Stride register
Xil_Out32(XPAR_AXI_VDMA_0_BASEADDR + 0x58, 1024*2);
// MM2S HSIZE register
Xil_Out32(XPAR_AXI_VDMA_0_BASEADDR + 0x54, 800*2);
// MM2S VSIZE register
Xil_Out32(XPAR_AXI_VDMA_0_BASEADDR + 0x50, 600);

請(qǐng)注意，此處的 STRIDE 參數(shù)不等于 HSIZE 參數(shù)。這是我們確實(shí)可以使用此參數(shù)的一種情況。

如果 STRIDE 等于 HSIZE，那么 AXI VDMA IP 會(huì)在沒(méi)有任何跳轉(zhuǎn)的情況下讀取幀緩存。但是，由于輸入大小大于輸出大小，我們需要在地址之間跳轉(zhuǎn)以便能夠正確地對(duì)齊下一行的開(kāi)頭。

STRIDE 參數(shù)用于描述每個(gè)視頻行第一個(gè)像素之間的地址的字節(jié)數(shù)。

如果我們想在輸入幀中移動(dòng)剪裁窗口，我們只需在幀緩存地址中添加偏移，使 HSIZE 和 STRIDE 參數(shù)值保持一致即可。

例如，如果我們想要讓剪裁窗口水平居中，可以為讀取接口的幀緩存地址添加 224 的偏移((hsize_in –hsize_out)/2 * bytes/pixel = (1024 - 800)/2 * 2 = 224)。

// MM2S Start Address 1
Xil_Out32(XPAR_AXI_VDMA_0_BASEADDR + 0x5C, 0x10000000 + 224);
// MM2S Start Address 2
Xil_Out32(XPAR_AXI_VDMA_0_BASEADDR + 0x60, 0x10200000 + 224);
// MM2S Start Address 3
Xil_Out32(XPAR_AXI_VDMA_0_BASEADDR + 0x64, 0x10400000 + 224);

注意：在此示例中，偏移需要是存儲(chǔ)器映射數(shù)據(jù)寬度字節(jié)（32 位）的倍數(shù)，因?yàn)樵凇癆XI VDMA IP”配置中未啟用“Allow Unaligned Transfers”。

示例 2：使用 AXI VDMA IP 的畫(huà)中畫(huà)

畫(huà)中畫(huà)

如果設(shè)計(jì)中的輸入分辨率小于輸出分辨率，則可能采用的解決方案就是使用畫(huà)中畫(huà)。例如，我們可以添加藍(lán)色背景，然后使輸入居中。

通過(guò)AXI VDMA IP來(lái)實(shí)現(xiàn)

設(shè)計(jì)的硬件與示例 1 中的硬件相同。

在這個(gè)應(yīng)用中，TPG IP被設(shè)置為可以生成分辨率為640x480的視頻（而HDMI輸出分辨率固定為800x600）

//Configure the TPG
app_hdmi_conf_tpg(&tpg_inst,480,640, 0x2, XTPG_BKGND_COLOR_BARS);

我們需要做的第一件事就是用背景的藍(lán)色填充幀緩存。

這是通過(guò)代碼中的以下行來(lái)完成的：

UINTPTR Addr1=0x10000000,Addr2=0x10200000,Addr3=0x10400000;
…
print("Initialize frame buffer data...");
//Disable the data cache to initialize the frame buffer with a blue color
Xil_DCacheDisable();
//Write a blue background in the memory
for(line=0; line < OUTPUT_HEIGHT; line++)
{
for(column=0; column < OUTPUT_WIDTH/2; column++)
{
//Write the blue color to the frame buffer(0x6B1DFF1D in YUV422)
Xil_Out32(Addr1, 0x6B1DFF1D);
Xil_Out32(Addr2, 0x6B1DFF1D);
Xil_Out32(Addr3, 0x6B1DFF1D);

Addr1+=4;
Addr2+=4;
Addr3+=4;
}

}
//Re-enable the data cache
Xil_DCacheEnable();
print("Done

");

您可以看到，在將數(shù)據(jù)寫(xiě)入內(nèi)存之前，我會(huì)禁用數(shù)據(jù)高速緩存（Xil_DCacheDisable（））并在寫(xiě)入完成后重新啟用它。

寫(xiě)入或讀入高速緩存存儲(chǔ)器而不是 DDR 存儲(chǔ)器是一個(gè)常見(jiàn)的錯(cuò)誤。使用內(nèi)存時(shí)，您需要確保從正確的位置讀取/寫(xiě)入。

然后，在進(jìn)行 AXI VDMA IP 配置時(shí)，我們將執(zhí)行與示例 1 中所執(zhí)行操作相反的操作。

在這個(gè)示例中，我們會(huì)使用寫(xiě)入接口（而不是前面示例中的讀取接口）上的步幅（現(xiàn)在已與 HSIZE 不同）在 800 * 600背景上正確地寫(xiě)入內(nèi)存。

對(duì)于緩存存儲(chǔ)器地址，我添加了一個(gè)偏移以便能夠使輸入水平和垂直居中。

//Offset to center the pattern on the buffer
offset = 0x177A0;
//S2MM Start Address 1
Xil_Out32(XPAR_AXI_VDMA_0_BASEADDR + 0xAC, 0x10000000 + offset);
//S2MM Start Address 2
Xil_Out32(XPAR_AXI_VDMA_0_BASEADDR + 0xB0, 0x10200000 + offset);
//S2MM Start Address 3
Xil_Out32(XPAR_AXI_VDMA_0_BASEADDR + 0xB4, 0x10400000 + offset);
//S2MM Frame delay / Stride register
Xil_Out32(XPAR_AXI_VDMA_0_BASEADDR + 0xA8, OUTPUT_WIDTH*2);
// S2MM HSIZE register
Xil_Out32(XPAR_AXI_VDMA_0_BASEADDR + 0xA4, 640*2);
// S2MM VSIZE register
Xil_Out32(XPAR_AXI_VDMA_0_BASEADDR + 0xA0, 480);

示例 3：使用 AXI VDMA IP 的軟模式發(fā)生器

通過(guò)AXI VDMA IP來(lái)實(shí)現(xiàn)

在此示例中，AXI VDMA IP 配置為僅啟用讀取接口。

在應(yīng)用開(kāi)始時(shí)，處理器在 DDR 中寫(xiě)入模式。

在 Vivado Design 中，我刪除了“測(cè)試模式生成器”：

因?yàn)槲覀冋谧x取一個(gè)靜止模式，所以在 AXI VDMA IP 讀取時(shí)不會(huì)同時(shí)寫(xiě)入與幀緩存對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)器。因此，AAXI VDMA IP 中只需要一個(gè)幀緩存器。

寫(xiě)入存儲(chǔ)器的方式與示例 2 中所用的方式類(lèi)似，在需要訪問(wèn) DDR 存儲(chǔ)器時(shí)禁用高速緩存。

另外請(qǐng)注意，在配置 AXI VDMA IP 的 MM2S 接口時(shí)，同步鎖相會(huì)被禁用。

構(gòu)建SDK工作空間和Vivado Designs

注意：這些示例僅針對(duì) ZC702 電路板。

構(gòu)建SDK工程

1. 下載教程文件，然后解壓縮文件夾。

2. 啟動(dòng)賽靈思軟件命令行工具(XSCT) 2018.1。

• 從 Windows 菜單中選擇以下內(nèi)容：

“Start > All Program > Xilinx Design Tools > Xilinx Software Command Line Tool 2018.1”。

• 從命令行：

使用 xsct 命令（需要設(shè)置 SDK 2018.1 的環(huán)境變量）。

3. 在 xsct 中，使用 cd 導(dǎo)航到您要構(gòu)建的示例的路徑(example_x/sw)。
   
   然后輸入下列命令：
   source create_SW_proj.tcl

4. 打開(kāi) SDK，然后選擇“example_x/sw/sdk_workspace”作為工作空間。

構(gòu)建Vivado Design

1. 打開(kāi) Vivado 。

2. 在 Tcl 控制臺(tái)中，使用 cd 導(dǎo)航到解壓縮的目錄(cd example_x/hw)。

3. 在 Tcl 控制臺(tái)中，用 source 來(lái)寫(xiě)腳本 tcl (source ./create_proj.tcl)。