使用AXI4总线实现视频输入输出

Xilinx vivado下通常的视频流设计，都采用Vid In to axi4 stream --> VDMA write --> MM --> VDMA read --> axi4 stream to video out这样的路径。网上例子很多，官方参考也有xapp521，实现起来参考无压力。

但这套方案明显的问题是，缓存图像带来帧延迟，对于一些延迟要求高的任务，反倒不希望有VDMA的参与。此外，对于一些简单的应用，不希望有Zynq PS核的参与配置，简化系统复杂度。因此我就有了 "Video In to AXI4-stream"  to "AXI4-stream to Video Out" directly with VTC without VDMA的需求。

看过好几个Xilinx的product guide（pg043 vid_in_axi4s）和其他的第三方参考（AVNET的《building a video design from scratch tutorial》）都明确说可以实现如下图的框架。不需要VDMA的参与。但是没有官方的XAPP，按照这个框架搭建后，调试很久视频都不能正常显示。

网上有些帖子，给出了一些建议参考。

但是，或多或少都没有说明白的地方，配置GUI没有展开细说，我照着搭建依旧出现很多困难，没有成功。但反复琢磨上面几个例子的异同，反复读了pg043,pg016,pg044几份文档细节,终于找到了出路。现在总结如下。

1.先上总设计框图

我是SDI输入输出（1920x1080@30P），用的GS2971和GS2972的组合，其他在顶层verilog测试好了,数据data、同步de/hs/vs直通显示是没有问题的，在这个基础上添加了上述的IP，把同步视频流转到axi4-stream总线上。

该框图设计在top.v接口代码如下：

 

design_1_wrapper sSDI_design(    .sdi_clk_in1(wClkSDI),    .sdi_data_in1({DOUT[9:2],{DOUT[19:12]}}),    .sdi_de_in1(SDI_IN_DE),    .sdi_hs_in1(SDI_IN_H),    .sdi_vs_in1(SDI_IN_V),        .sdi_data_out1({DIN[9:2],DIN[19:12]}),    .sdi_de_out1(SDI_OUT_DE),    .sdi_hs_out1(SDI_OUT_H),    .sdi_vs_out1(SDI_OUT_V));

 

框图没什么难点，关键是一些细节的连线，和IP内部的设置，下面展开讲讲要注意的地方。

2. Video in to AXI4-stream下的配置

关于axis_enable管脚。

（1）axis_enable可以直接接“1”拉高，实测没有问题。

（2）这里我把axis_enable接了vtc的INTC中的第8位（Detect Locked信号），是参考文档上的描述，这样更准确。

 

(pg043 pp10) 

(pg016 pp12)

(pg016 pp25)

（3）去INTC中第8位出来的IP使用slice来截取。IP配置如下

3. Video Timing Controller的配置

（1）注意synchronize generator to detector or fsync_in前的“勾"不能选!   选了就会显示输出不了。如果想让输入和输出同步，怎么弄我还没有搞明白，后续在研究。

（2） 不能选输入和输出同步，意味着enable detector可以不选，因此detect video in 的timing实际上没有必要。也就意味着video in的timing_out可以不用接到vtc的timing_in上。实测也是工作的。

（3）第二页，选1080p的时序模式

4. AXI4-stream to Video Out的配置

（1）这种没有VDMA的框架下timing mode要选slave模式。

为什么，具体解释参见pg044, pp21-22

换言之，如果包含VDMA的框架，这里要选master模式。 

（2）vid_out输出管脚vtg_ce必须要接到vtc的gen_clken上，它的作用是slave模式下保证vid_out和vtc的同步。

（pg044 pp10）

5. aclken，reset等等为安全稳妥起见，连接按图上拉或下拉即可。

6.实测运行，显示正常。

补记：

1.我又精简了一下，vtc没有使能detector的模式，实测OK

2. 又测试了下vtc使能detector，并且使能了auto generation mode，测试也显示正常。（注意，这次意外的忘了连det_clken，也没什么异常）

3. 关于synchronize detector to generater选项何时可以用的思考。

前面测试了无VMDA的video_out工作在slave模式，时序同步是通过vtc_ce反向传给gen_clken完成的。这种情形不允许，generator与detector同步。

那么在有VDMA参与的video out工作在master模式下呢？我返回了一个包含VDMA的工程，我们把vtc_ce反馈撤掉（之前也是把vtc_ce接到gen_clken的），gen_clken常拉高置1，此时再给vtc设置为synchronize detector to generater 打勾。这种情形下，输出可以与输入信号同步了，实测成功，显示正常。这样就实现了输出与输入的帧频同步了。

原文标题：不使用VDMA情况下使用AXI4总线实现视频输入输出（低延迟首选）

　　审核编辑：汤梓红