FPGA图像三帧缓存，手写米联客FDMA3.0控制器，逐行讲解代码

米联客推出了FDMA3.0，下载试用了将近一个月，感觉还行，总体比较平衡，相比于FDMA1.0操作也更简单，适用于基于AXI4_FULL的数据缓存方案，源码可以去米联客官网下载。
其实这种ASXI MASTER的再封装代码，源头都是opencores上的源码，黑金也下载并用到了自家开发板例程上，不同的是黑金原封不动的用，米联客做了自己的改动，使得对AXI4的操作变得更加简单，但也带来一个问题，那就是对AXI4总线的不熟悉。
总体来说，通过FDMA3.0先用起来，解决功能问题，再去理解AXI4总线会更好。
虽然我一直FDMA3.0用起来很丝滑，但总觉得遗憾，那就是代码不是我写的，不完美，所以今天花了一天时间，自己根据FDMA3.0的操作时序，结合米联客的例程，手写了一个图像三帧缓存的控制器。
图像输入：OV5640摄像头吧,720P分辨率；
图像输出：HDMI；
开发板：MA703FA，A7的板子；
开发环境：vivado2019.1；
BD工程如下：

总体上移植的米联客的例程，只是HDMI输出控制器是我自己根据正点原子的控制器加上VGA时序再封装的，如下：

FDMA数据位宽设置为128位，如图：

关于FDMA的操作时序，可以去米联客官网查看，这里的手写的是FDMA的控制器；
三帧缓存的原理框图大概是这样的，我讲的不够详细，建议去看正点原子的讲解。

首先要准备两个FIFO，一个叫写fifo，一个叫读fifo，用作数据的跨时钟，
比如，摄像头输出的像素时钟是50M，DDR3的用户时钟是100M，想要把50M的摄像头数据写入DDR3就需要用到写fifo，写fifo设置为异步时钟，深度设置为2048，以此兼容1080P，
写fifo应该具有如下配置：
写数据位宽32位，虽然像素是24位的，但为了和AXI规定的数据位宽程倍数关系，所以设置为32位；
写数据深度2048，以此兼容1080P的行有效像素1920；
读数据位宽128位，与FDMA数据位宽一致；
使能读计数器，为了控制写发起FDMA写请求的时机，很重要；
写fifo配置如图：


同理，读fifo配置应有：
写数据位宽128位，与FDMA数据位宽一致；
写数据深度2048，以此兼容1080P的行有效像素1920；
读数据位宽32位，输出给显示器；
使能写计数器，为了控制写发起FDMA读请求的时机，很重要；
读fifo配置如图：


接下来是代码设计，设计思路如下：
写fifo先缓存一行图像，然后发起FDMA写请求，等待写完一帧图像后，再切换写图像的基地址；
读fifo检测到已写像素小与一行图像时发起FDMA读请求，同时根据写图像基地址指针切换读地址，从而实现三帧缓存；
先看参数：

这里哟有个参数FDMA_TRANS_DIV = 2必须要解释一下，AXI4的单次突发地址被限制为4K，即4096byte，如果我的输入分辨率是720P，那一行图像占的地址就是1280X4=5120，超过了AXI4规定的4K边界，显然是非法的，所以解决方案就是分两次AXI突发，那么单次突发地址就是2560，小与4K，这样的设计也试用于1080P分辨率，计算如下：（1920X4÷2=3840）。
由此产生的FDMA突发写的几个本底宏定义如下：

接下来就是常规操作，采集输入图像场同步上升沿：

写过程状态机如下：

下面重点讲解其中的细节：
1、根据场同步来切换写地址

因为场同步信号既是一帧图像的开始，也是一帧图像的结束信号，当上一帧写完后下一帧当然要切换地址；
2、异步fifo复位：

这里很重要，有两个点，第一，fifo复位专门当做一个状态来写是为了解决视频中断后再输入的问题，试想，如果你的输入信号突然断了然后再恢复，而你的输出图像还是原来的，老板看到这样的设计会不会fire you？其次，这里复位20个时钟周期后才进入写数据状态，是因为Xilinx异步fifo必须复位一段时间后才能操作，这是官方给的建议，至于复位多少时间后才能操作，我没有在官方数据手册中看到；
3、写请求时机的掌握

写fifo的写入侧是比如50M，读出侧是100M，如果写一个读一个必然是读比写快，为了解决这个问题，必须等写到一行数据了再发起FDMA写请求，这里的控制如下：

FDMA读与写的套路差不多，这只给出区别点：
1、FDMA读地址的切换是根据写指针来的，如下：

2、发起FDMA读请求的时机如下：

读fifo的读接口是持续不断的，当检测到写数据小于1行时才发起一次FDMA读请求，一次保证fifo不堵。
最后看看成果：

这里的图像中间部分有绿色，是因为输出HDMI的rgb顺序反了，调过来就好了。
最后：整个源代码并未给出，目的是给兄弟们一个练手的机会，，如果你在自身尝试的基础上，实在搞不出来，可以加我VX要工程源码：(hllsq22) 我也可以给你适当的技术支持，教你怎么写。