给 Zynq FPGA 插上树莓派摄像头的翅膀

在FPGA做图像处理时，选择一款便宜、好用的摄像头很难，主要是这个圈子太小了，配件没办法通过销量将成本均摊下来，今天就介绍一个将树莓派摄像头与 Zynq FPGA “联姻” 的创意项目。

为什么要 “破解” 树莓派摄像头？

树莓派摄像头（如 RPi Camera V2）以其高性价比、小巧体积和 1080p 高清画质著称，是创客们的常用配件。但它默认适配树莓派平台，要让它为 Zynq FPGA 服务，需要解决两个核心问题：

• 硬件接口适配：树莓派摄像头采用 MIPI - CSI - 2 接口，而 Zynq FPGA 的 GPIO 接口无法直接兼容。

• 数据协议转换：MIPI 信号需要被转换为 Zynq 可处理的格式（如并行数据），才能接入 FPGA 逻辑单元进行图像处理。

硬件接口

https://digilent.com/reference/_media/reference/programmable-logic/zybo-z7/zybo_z7_sch-public.pdf

查看原理图，引出来MIPI接口：

我们可以看到连接器将为所连接的相机提供 3.3V 电压，并且 I2C 也在 3.3V 电压下工作。

接下来，我们来看看摄像头模块。从RPi v2.1 摄像头模块的原理图（https://datasheets.raspberrypi.org/camera/camera-v2-schematics.pdf）来看，我们可以验证引脚配置和电压确实匹配。

可能会注意到上拉电压为 1.8V 而不是 3.3V，但这没问题，因为 Q1 组件负责电压电平转换。它需要相同的 3.3V 电源输入。验证了 ENABLE 信号可以与 Zybo-Z7 的 3.3V 信号配合使用。所有 MIPI 信号和地线的位置都与预期一致。

FPGA 逻辑设计

MIPI 信号解析：在 Zynq 的 PL（可编程逻辑）部分编写 Verilog 代码，实现 MIPI - CSI - 2 协议的解析。核心是同步时钟信号与数据信号，提取有效像素数据。

数据格式转换：将串行的 MIPI 数据转换为并行格式（如 8 位或 16 位并行总线），便于后续图像处理（如边缘检测、灰度化等）。

帧缓存设计：使用 FPGA 内部的 BRAM（块 RAM）或外接 DDR 存储器缓存一帧图像数据，供 PS（处理器系统）调用。

工程验证与应用

通过下列链接下载工程，绑定管教后就可以验证：

https://www.hackster.io/adam-taylor/building-a-camera-imager-test-platform-9d9a5d

项目价值与拓展

这个项目的精妙之处在于 “以小博大”：

• 成本优势：相比专用的 FPGA 摄像头模块（动辄数百元），树莓派摄像头仅需几十元，大幅降低了开发门槛。

• 学习价值：涵盖了 MIPI 协议解析、电平转换、FPGA 与处理器协同设计等知识点，是嵌入式初学者的绝佳实践案例。

项目代码

https://github.com/SaadTiwana/EmbeddedDiaries/tree/main

https://www.hackster.io/SaadTiwana/embedded-diaries-hacking-rpi-camera-for-use-with-zynq-fpga-3214a0