FPGA設計——CMOS攝像與HDMI顯示(DVP版)

1. 概述

本設計采用FPGA技術，將CMOS攝像頭(DVP接口)的視頻數據經過采集、存儲、處理、幀率轉換，最終通過HDMI接口顯示在電視屏幕上。

2. 硬件系統框圖

CMOS采用分辨率為1080p的攝像頭芯片，FPGA采用ALTERA公司的CYCLONE IV，FLASH采用EPCS64，DDR2采用Hynix公司的1Gb內存條，HDMI采用Silicon Image公司的SiI9134。

3. FPGA邏輯框圖

FPGA各部分邏輯模塊如下圖所示：

CMOS Capture，采集CMOS攝像頭視頻數據；

I2C Master，配置CMOS芯片；

DDR2 Control，配置與控制DDR2芯片組，實現讀寫仲裁；

FIFO Write，將采集到的視頻數據跨時鐘域地寫進DDR2中；

FIFO Read，將DDR2中的數據跨時鐘域地讀出給后續圖像處理模塊；

Frame Buffer，負責FIFO Write和FIFO Read的調度，實現幀率轉換；

RAW to RGB，將原始RAW8數據轉換成RGB888數據；

RGB to YCbCr，將RGB888數據轉換成YCbCr444數據；

YC444 to YC422，將YC444的數據轉換成YC422的數據給HDMI TX模塊；

HDMI TX，將處理好的視頻數據發送給HDMI PHY芯片，同時通過I2C接口配置HDMI PHY芯片。

4. CMOS配置

攝像頭芯片支持最高1080p30幀的輸出，參考寄存器配置如下：

module i2c_cfg_par(
	input  clk,
	input  [07:0] lut_index,
	output reg [23:0] lut_data
);

always @(*)
begin
	case(lut_index)
	//27M input 67.5M output	
	'd0	:	lut_data <=  'h4105_02;
	'd1	:	lut_data <=  'h0103_01;
	'd2	:	lut_data <=  'h4105_02;
	'd3	:	lut_data <=  'h0100_00;	
	'd4	:	lut_data <=  'h401e_b0;
	'd5	:	lut_data <=  'h420c_03;
	'd6	:	lut_data <=  'h420d_e8;
	'd7	:	lut_data <=  'h4231_24;	
	'd8	:	lut_data <=  'h420E_04;
	'd9	:	lut_data <=  'h420F_65;
	'd10	:	lut_data <=  'h4211_08;		//x start
	'd11	:	lut_data <=  'h4213_10;		//y start
	'd12	:	lut_data <=  'h4e03_01;			
	'd13	:	lut_data <=  'h4e01_46;
	'd14	:	lut_data <=  'h4e08_00;
	'd15	:	lut_data <=  'h4e09_10;	
	'd16	:	lut_data <=  'h4518_03;
	'd17	:	lut_data <=  'h4518_03;
	'd18	:	lut_data <=  'h6025_09;
	'd19	:	lut_data <=  'h4908_c0;	
	'd20	:	lut_data <=  'h4416_10;
	'd21	:	lut_data <=  'h4e0f_90;
	'd22	:	lut_data <=  'h4638_85;
	'd23	:	lut_data <=  'h4637_bf;
	'd24	:	lut_data <=  'h4639_98;
	'd25	:	lut_data <=  'h4035_01;
	'd26	:	lut_data <=  'h4034_ba;
	'd27	:	lut_data <=  'h4300_10;	
	'd28	:	lut_data <=  'h4301_18;
	'd29	:	lut_data <=  'h4308_38;
	'd30	:	lut_data <=  'h4306_34;
	'd31	:	lut_data <=  'h430a_00;	
	'd32	:	lut_data <=  'h430b_90;
	'd33	:	lut_data <=  'h4303_18;
	'd34	:	lut_data <=  'h4309_18;
	'd35	:	lut_data <=  'h431e_0e;
	'd36	:	lut_data <=  'h431f_0e;
	'd37	:	lut_data <=  'h4320_14;
	'd38	:	lut_data <=  'h4321_14;
	'd39	:	lut_data <=  'h4322_14;	
	'd40	:	lut_data <=  'h4323_14;
	'd41	:	lut_data <=  'h4626_03;
	'd42	:	lut_data <=  'h4621_28;
	'd43	:	lut_data <=  'h4f08_04;	
	'd44	:	lut_data <=  'h4f09_44;
	'd45	:	lut_data <=  'h5500_25;
	'd46	:	lut_data <=  'h4c09_08;	
	'd47	:	lut_data <=  'h435d_20;
	'd48	:	lut_data <=  'h4368_02;
	'd49	:	lut_data <=  'h4369_00;
	'd50	:	lut_data <=  'h436a_04;
	'd51	:	lut_data <=  'h436b_65;	
	'd52	:	lut_data <=  'h430e_50;
	'd53	:	lut_data <=  'h4367_08;
	'd54	:	lut_data <=  'h4f00_06;
	'd55	:	lut_data <=  'h4f04_01;
	'd56	:	lut_data <=  'h4f05_c8;
	'd57	:	lut_data <=  'h4905_1c;
	'd58	:	lut_data <=  'h6780_7f;
	'd59	:	lut_data <=  'h6782_0a;
	'd60	:	lut_data <=  'h6783_08;
	'd61	:	lut_data <=  'h6786_20;
	'd62	:	lut_data <=  'h6787_0c;	
	'd63	:	lut_data <=  'h6789_01;	
	'd64	:	lut_data <=  'h678a_0f;
	'd65	:	lut_data <=  'h6000_06;
	'd66	:	lut_data <=  'h4632_48;
	'd67	:	lut_data <=  'h4622_0e;	
	'd68	:	lut_data <=  'h4627_02;
	'd69	:	lut_data <=  'h4630_b4;
	'd70	:	lut_data <=  'h4633_94;
	'd71	:	lut_data <=  'h4620_42;
	'd72	:	lut_data <=  'h463a_0c;
	'd73	:	lut_data <=	 'h4334_60;
	'd74	:	lut_data <=  'h403f_81;
	'd75	:	lut_data <=  'h601f_00;	
	'd76	:	lut_data <=  'h4b00_f8;
	'd77	:	lut_data <=  'h4b01_40;
	'd78	:	lut_data <=  'h4c01_14;
	'd79	:	lut_data <=  'h5000_00;
	'd80	:	lut_data <=  'h4d08_00;//'h4d08_01;
	'd81	:	lut_data <=	 'h4640_00;
	'd82	:	lut_data <=  'h0100_01;
	'd83	:	lut_data <=  'h403a_09;	
	'd84	:	lut_data <=  'h4039_66;
	'd85	:	lut_data <=  'h403f_82;
	'd86	:	lut_data <=  'h4636_88;
	'd87	:	lut_data <=  'h4631_90;
	'd88	:	lut_data <=  'h4635_08;
	'd89	:	lut_data <=	 'h4105_04;
	'd90	:	lut_data <=	 'h4105_04;
	`endif
	default	:	lut_data <= 'h0000;
	endcase
end	

endmodule

5. 顯示結果

電視顯示1080p30的視頻信號，圖像中的色卡表明顏色顯示正常。