国产高云FPGA基于ov5640的以太网传输

原创已于 2024-05-13 10:47:06 修改 · 2.3k 阅读

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#fpga开发 #图像处理

于 2024-05-13 10:44:54 首次发布

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本文章为笔者学习国产高云FPGA的学习记录，如有不妥请指正。

本实验任务是使用开发板及 OV5640 摄像头实现640*480@30Hz 的图像采集，并通过以太网发送上位机并实时显示图像。（本实验参照其它开源学习资料进行的修改与调试，基于HDMI显示的进阶）

由系统总体框图可知，FPGA 顶层模块例化了以下6个模块，分别是工程顶层（ov5640_udp_rgmii）、时钟锁相环（pll）、以太网 PHY 芯片的寄存器配置模块（pyh_reg_config）、摄像头编号模块（Camera_ETH_Formator）、UDP 协议发送模块（UDP_Send）、gmii 接口到 rgmii转换模块（gmii_to_rgmii）

ov5640_udp_rgmii ：工程顶层，例化了 UDP 发送和摄像头 DVP 接口图像数据捕获编码模块, 实现完整的图像采集传输功能。

PLL：锁相环，用于产生各个模块所需工作时钟。

phy_reg_config：以太网 PHY 芯片的寄存器配置模块，控制 mdio_bit_shift 模块对以太网 PHY 的指定寄存器进行读写操作以完成以太网 PHY 的工作模式设置。

mdio_bit_shift：MDIO底层传输协议实现，完成基于 MDIO 协议对 PHY 寄存器的一次读或者写操作。

Camera_ETH_Formator：编号模块，对摄像头输出的数据以行为单位进行编号，以便于以太网上位机正确接收图像。

UDP_Send ：协议发送模块，该模块将用户输入的需要发送的数据内容经过 UDP、 IP、 MAC 层协议层层打包后，通过 RGMII 接口输出给以太网 PHY 芯片，以完成数据的发送。

async_fifo：UDP发送数据缓存 FIFO，用户将需要发送的数据写入该 FIFO，然后由 UDP_Send 中的发送逻辑将数据读出并最终以 UDP 协议发送。

CRC32_D8：CRC32 校验逻辑，计算经由 MAC 层发送的数据的 CRC 值并附加在 MAC 结尾发送。

gmii_to_rgmii：gmii 接口到 rgmii 接口转换模块，实现 gmii 到 rgmii 的转换。

由于代码部分过多，此处只附上顶层代码部分，如有需要可以私信联系。

module ov5640_udp_rgmii(
	input 			clk,
	input 			rst_n,

	// eth interface
	output 			eth_gtxc,
	output [3:0]    eth_txd,
	output 			eth_txen,
	output 			eth_mdc,
	inout 			eth_mdio,
	output 			eth_rst_n,
	
	//cmos interface
	output			camera_sclk,
	inout		    camera_sdat,
	input			camera_vsync,
	input			camera_href,
	input			camera_pclk,
	output			camera_xclk,
    output          camera_rst_n,
    output          camera_pwdn,
	input 	[7:0]	camera_data
    );

	wire clk_125m;
	wire clk_50m;
	wire clk_24m;
	wire locked;
	wire global_rst_n = locked;
	assign camera_xclk = clk_24m;	
	
    assign clk_50m = clk;

    Gowin_rPLL Gowin_rPLL(
        .clkout(clk_125m), //output clkout
        .lock(locked), //output lock
        .reset(~rst_n), //input reset
        .clkin(clk) //input clkin
    );
	
    camera_rpll camera_rpll(
        .clkout(clk_24m), //output clkout
        .clkin(clk_50m) //input clkin
    );

	wire phy_init;
	phy_reg_config phy_reg_config_inst(
		.Clk(clk_50m),
		.Rst_n(global_rst_n),
		.Phy_rst_n(eth_rst_n),		
		.mdc(eth_mdc),
		.mdio(eth_mdio),
		.Phy_init_done(phy_init)
	);
	
	parameter IMAGE_WIDTH  = 640; //图片宽度
	parameter IMAGE_HEIGHT = 480; //图片高度

	//摄像头初始化配置
	wire Init_Done;
	
  camera_init
  #(
    .CAMERA_TYPE ( "ov5640"    ),//"ov5640" 
    .IMAGE_TYPE  ( 0            ),// 0: RGB; 1: JPEG
    .IMAGE_WIDTH ( IMAGE_WIDTH  ),// 图片宽度
    .IMAGE_HEIGHT( IMAGE_HEIGHT ),// 图片高度
    .IMAGE_FLIP_EN  ( 0            ),// 0: 不翻转，1: 上下翻转
    .IMAGE_MIRROR_EN( 0            ) // 0: 不镜像，1: 左右镜像
  )camera_init
  (
    .Clk         (clk_50m          ),
    .Rst_n       (locked           ),
    .Init_Done   (Init_Done        ),
    .camera_rst_n(camera_rst_n     ),
    .camera_pwdn (camera_pwdn      ),
    .i2c_sclk    (camera_sclk      ),
    .i2c_sdat    (camera_sdat      )
   );
   
  	wire fifo_wrreq;
  	wire fifo_aclr;
	wire [7:0] fifo_wrdata;
	
	//以太网图像行号编号逻辑
	Camera_ETH_Formator Camera_ETH_Formator(
	  .PCLK(camera_pclk),
	  .Rst_n(global_rst_n),
	  .Init_Done(Init_Done),
	  .HREF(camera_href),
	  .VSYNC(camera_vsync),
	  .DATA(camera_data),
	  .fifo_aclr(fifo_aclr),
	  .wrdata(fifo_wrdata),
	  .wrreq(fifo_wrreq)
	);
	
	wire [12:0] fifo_usedw;
	wire GMII_GTXC;
	assign GMII_GTXC = clk_125m;
	
	wire [7:0] GMII_TXD;
	wire GMII_TXEN;
	UDP_Send UDP_Send(
	  .Clk(),
	  .GMII_GTXC(GMII_GTXC),
	  .GMII_TXD(GMII_TXD),
	  .GMII_TXEN(GMII_TXEN),
	  .Rst_n(Init_Done),
	  .Tx_Done(),
	  .data_length(IMAGE_WIDTH*2+2	),//IMAGE_WIDTH*2+2
	  .des_ip(32'hc0_a8_00_03),//hc0_a8_00_03; 192.168.0.3
	  .des_mac(48'hFF_FF_FF_FF_FF_FF),
	  .des_port(16'd6102		),
	  .src_ip(32'hc0_a8_00_02),//hc0_a8_65_02; 192.168.0.2
	  .src_mac(48'h00_0a_35_01_fe_c0),
	  .src_port(16'd5000),
	  .wrclk(camera_pclk),
	  .wrdata(fifo_wrdata),
	  .wrreq(fifo_wrreq),
	  .aclr(fifo_aclr),
	  .wrusedw(fifo_usedw)
	);
	
	gmii_to_rgmii gmii_to_rgmii(
	  .reset_n(rst_n),
	  .gmii_tx_clk(GMII_GTXC),
	  .gmii_txd(GMII_TXD),
      .gmii_txen(GMII_TXEN),
	  .gmii_txer(0),
	  .rgmii_tx_clk(eth_gtxc),
      .rgmii_txd(eth_txd),
	  .rgmii_txen(eth_txen)
	);	
endmodule

调试记录：在调试过程中主要遇到两个问题，烧录程序后网口正常发送上位机图像不显示（此处使用小梅哥摄像头上位机软件）。

1.由于分辨率问题可能需要开启巨型帧进行传输，通常以太网一次可以传输的字节数<1500byte，开启巨型帧后可以提高至9000byte，但是也不是一定需要开启，根据实际情况进行判别，例如笔者使用640*480@30的图像其大小远小于标准以太网MTU的限制故可不开启。