【ZYNQ入门】第九篇、双帧缓存的原理

目录

第一部分、基础知识

 1、HDMI视频撕裂的原理

2、双帧缓存的原理

第二部分、代码设计原理

1、AXI_HP_WR模块

2、AXI_HP_RD模块

3、Block design设计

第三部分、总结

1、写在最后

2、更多文章

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第一部分、基础知识

 1、HDMI视频撕裂的原理

        在调试摄像头的时候，摄像头采集的图像的分辨率为2200*1125@30Hz，因此摄像头采集图像的速率为30帧/s。而显示器的分辨率为1920*1080@60Hz，因此显示器的显示速率为60帧/s。那么很明显，显示器得显示速率是大于摄像头采集图像的速率的。

        当DDR采用单帧缓存的方式来缓存图像时，那么就存在一个问题，那就是读数据存在一个超越的过程。当摄像头前的物体在移动时，就会出现一条撕裂线，导致这条撕裂线的原因就是因为显示器上半帧显示的图像为新图，下半帧显示的图像为旧图。

        具体的撕裂效果如下：

单帧缓存带来的撕裂现象

2、双帧缓存的原理

        下图就是双帧缓存的原理流程图，核心思想就是：某一帧图像会被读两次。例如：当前A帧读完了，但是B帧还没有写完，那么HDMI就再显示一遍A帧，当B帧这个时候写完了，来写A帧的时候，也不会发生冲突，因为读取的速度比写入的速度快。

        没有学这些东西的时候，觉得好高级，学了之后发现哦，原来是这样啊。

第二部分、代码设计原理

        由上面的原理图可知，只需要在AXI HP口的写模块内部定义一个frame_flag，当写帧A的时候，就拉低，当写帧B的时候，就拉高，一直循环。接着将frame_flag导出到AXI HP口的读模块。在读模块内根据frame_flag信号的高低，来确定要读取帧的地址。

1、AXI_HP_WR模块

        AXI_HP_WR模块，用来输出frame_flag。

	//Address  //加入了双帧buffer控制代码
	always @(posedge M_AXI_ACLK) begin
		if (M_AXI_ARESETN == 1'b0) begin
			axi_awaddr <= 'd0;
			frame_flag <= 1'b1;//刚上电，写A区域，但是一开始需要读A区域（会出现帧不同步，后面就不会了）
		end
		//区域B 1920*1080*4-256*8 = 16586752
		else if (M_AXI_AWREADY == 1'b1 && axi_awvalid == 1'b1 && axi_awaddr == 'd16586752) begin
			axi_awaddr <= 'd0;//初始0地址，A区域开始地址 
			frame_flag <= 1'b0;//写A区域的时候为低电平 
		end	
		//区域A 1920*1080*4-256*8 = 8292352
		else if (M_AXI_AWREADY == 1'b1 && axi_awvalid == 1'b1 && axi_awaddr == 'd8292352) begin
			axi_awaddr <= 'd8294400;//B区域开始地址1920*1080*4
			frame_flag <= 1'b1;//写B区域的时候为高电平    
		end		
		else if (M_AXI_AWREADY == 1'b1 && axi_awvalid == 1'b1) begin
			axi_awaddr <= axi_awaddr + 'd2048;
		end
	end

2、AXI_HP_RD模块

        AXI_HP_RD模块，判断frame_flag。

	//frame flag for double buffer
	always @(posedge M_AXI_ACLK) begin
	  if(M_AXI_ARESETN == 1'b0) begin 
	      axi_araddr <= 'd0;
	  end
	  //A帧最后一个突发长度
	  else if (axi_arvalid == 1'b1 && M_AXI_ARREADY == 1'b1 && axi_araddr == 'd8292352) begin
	  	//对frame_flag进行判断
	  	if(frame_flag == 1'b0) begin
	  		axi_araddr <= 'd8294400;
	  	end
	  	else begin
	  		axi_araddr <= 'd0;
	  	end
	  end
	  //B帧最后一个突发长度
	  else if (axi_arvalid == 1'b1 && M_AXI_ARREADY == 1'b1 && axi_araddr == 'd16586752) begin
	  	//对frame_flag进行判断
	  	if(frame_flag == 1'b0) begin
	  		axi_araddr <= 'd8294400;
	  	end
	  	else begin
	  		axi_araddr <= 'd0;
	  	end
	  end
	  
	  else if (axi_arvalid == 1'b1 && M_AXI_ARREADY == 1'b1) begin
	      axi_araddr <= axi_araddr + 'd2048;
	  end
	end

3、Block design设计

        AXI HP口的写数据通道和读数据通道是分开，因此这里拆分为两个模块。

第三部分、总结

1、写在最后

        这篇博客是我在调试摄像头显示的时候，记录的笔记。关于双帧缓存的实现还是比较简单的，所以文章比较简短。

        关于AXI_HP接口的基本知识，请大家参考这篇文章：【ZYNQ入门】第五篇、AXI HP口读写数据原理-CSDN博客。

        我学习的途径是：《V3学院的视频课程》。

        我个人觉得如果大家是那种坐得住，爱调试，心态比较好的，其实你会发现搞FPGA还真的挺有意思的。

2、更多文章

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        本专栏有很多我个人总结的比较好的文章，希望对你开发有帮助：FPGA的学习之旅_大屁桃的博客-CSDN博客