Zynq开发-使用PYNQ快速入门摄像头MIPI驱动(OV5640)-overlay设计

1. 简介

2. Overlay 设计

2.1 总体设计

2.2 MIPI 子系统

2.3 去马赛克

2.4 AXI_IIC

3. 注意事项

4. 总结

1. 简介

本文是关于《Zynq开发-使用PYNQ快速入门摄像头MIPI驱动(OV5640)-CSDN博客》的博客文章，涉及了overlay设计的Vivado工程细节。在使用PYNQ调试MIPI驱动之前，需要搭建一些基本的IP核。这个过程并不复杂，因为Xilinx已经提供了相当完善的IP核体系。

Vivado 对应版本：2022.1

摄像头型号：Digilent Pcam 5C

开发板型号：KV260

2. Overlay 设计

2.1 总体设计

本文提供了附带PDF文件，请参阅附件资源。文章通过一个简单的工程示例，演示了如何成功运行MIPI驱动的完整链路。

构建完整的工程需要将bit文件和hwh文件一并拷贝至PYNQ环境中，并使用overlay进行加载。

加载过程同样非常简单：

from pynq import Overlay
ol = Overlay("your.bit")

关于HWH的解释：
HWH（Hardware Handoff）是硬件托管文件，是一种包含硬件设计详细信息的文件。它由Vivado在生成比特流文件时自动生成。HWH文件采用XML格式，包含设计中使用的IP核、接口、层次结构、时钟、中断等相关信息。

2.2 MIPI 子系统

从 Block Design 中IP接口来看，mipi子系统的连接方式非常简单，其实 MIPI CSI-2 Rx Subsystem 是包含三个主要的 IP Core：

MIPI PHY，物理层，负责处理物理层面的MIPI接口，将MIPI协议中的电信号转换为逻辑信号，并将其传递给接收端。
MIPI CSI-2 Rx Controller，CSI-2 接收控制器，是MIPI CSI-2接收子系统的核心部分。它接收来自MIPI PHY的数据流，并解析其中的CSI-2协议，提取出图像数据和控制信息。
Video Format Bridge，视频格式桥接器，将从MIPI CSI-2 Rx Controller接收到的图像数据流转换为特定的视频格式，以便后续的处理或显示。

创建该 IP 的 TCL 命令如下：

  # Create instance: mipi_csi2_rx_subsyst_0, and set properties
  set mipi_csi2_rx_subsyst_0 [ create_bd_cell -type ip -vlnv xilinx.com:ip:mipi_csi2_rx_subsystem:5.1 mipi_csi2_rx_subsyst_0 ]
  set_property -dict [ list \
   CONFIG.CLK_LANE_IO_LOC {D7} \
   CONFIG.CLK_LANE_IO_LOC_NAME {IO_L13P_T2L_N0_GC_QBC_66} \
   CONFIG.CMN_NUM_LANES {2} \
   CONFIG.CMN_PXL_FORMAT {RAW10} \
   CONFIG.CSI_EMB_NON_IMG {false} \
   CONFIG.C_CLK_LANE_IO_POSITION {26} \
   CONFIG.C_CSI_EN_ACTIVELANES {true} \
   CONFIG.C_CSI_FILTER_USERDATATYPE {false} \
   CONFIG.C_DATA_LANE0_IO_POSITION {28} \
   CONFIG.C_DATA_LANE1_IO_POSITION {30} \
   CONFIG.C_DPHY_LANES {2} \
   CONFIG.C_EN_BG0_PIN0 {false} \
   CONFIG.C_EN_BG1_PIN0 {false} \
   CONFIG.C_EN_CSI_V2_0 {true} \
   CONFIG.C_EN_TIMEOUT_REGS {false} \
   CONFIG.C_HS_LINE_RATE {672} \
   CONFIG.C_HS_SETTLE_NS {149} \
   CONFIG.DATA_LANE0_IO_LOC {E5} \
   CONFIG.DATA_LANE0_IO_LOC_NAME {IO_L14P_T2L_N2_GC_66} \
   CONFIG.DATA_LANE1_IO_LOC {G6} \
   CONFIG.DATA_LANE1_IO_LOC_NAME {IO_L15P_T2L_N4_AD11P_66} \
   CONFIG.DPHYRX_BOARD_INTERFACE {som240_1_connector_mipi_csi_raspi} \
   CONFIG.DPY_EN_REG_IF {true} \
   CONFIG.DPY_LINE_RATE {672} \
   CONFIG.HP_IO_BANK_SELECTION {66} \
   CONFIG.SupportLevel {1} \
   CONFIG.VFB_TU_WIDTH {96} \
 ] $mipi_csi2_rx_subsyst_0

2.3 去马赛克

去马赛克模块的驱动如下：

WIDTH = 1280
HEIGHT = 720

demo = ol.v_demosaic_0
demo.write(0x10,WIDTH)
demo.write(0x18,HEIGHT)
demo.write(0x28,0x03)
demo.write(0x00,0x81)

OV5640摄像头是包含去马赛克功能的，本文并没有使用，因为后续文中会在此基础上，添加图像处理 IP Cores。本文的重点也是放在 MIPI 驱动上。

2.4 AXI_IIC

  # Create instance: axi_iic_0, and set properties
  set axi_iic_0 [ create_bd_cell -type ip -vlnv xilinx.com:ip:axi_iic:2.1 axi_iic_0 ]
  set_property -dict [ list \
   CONFIG.IIC_BOARD_INTERFACE {som240_1_connector_hda_iic_switch} \
   CONFIG.IIC_FREQ_KHZ {400} \
 ] $axi_iic_0

按照 TCL 代码调用 AXI IIC IP Core 即可，需要设置的参数很少。

3. 注意事项

IIC接口速度需要设置为 400 kHz，如果使用默认 100 kHz，会出现操作IIC接口卡死的情况。
在摄像头原理图中《pcam_5c_sch.pdf》，提到传感器的地址为0x78，但实际中使用IIC扫描硬件设备时发现地址是0x3C。这似乎存在一些混淆，但实际上并不矛盾。0x78是一个包含读写位的地址，而0x3C则是去除了读写位后的地址。因此，0v5640的地址应当是0x78/0x79，其中0x78是写入地址，而0x79是读取地址。

中断控制器的连接方式很重要，即使没有用到中断，不然 PYNQ 会报告无法找到中断。通常的做法使用 Concat 将几个中断合并，然后使用 AXI Interrupt Controller 将其连接到 Zynq 的中断输入。

4. 总结

本文分享了如何利用PYNQ快速入门摄像头MIPI驱动（OV5640）的过程。通过Vivado设计的overlay，演示了MIPI驱动的完整链路。文章着重介绍了MIPI子系统的构建，包括MIPI PHY、MIPI CSI-2 Rx Controller和Video Format Bridge的设置。另外，还介绍了去马赛克模块的驱动和AXI_IIC的配置。文章指出了一些注意事项，如IIC接口速度的设置、传感器地址的解释以及中断控制器的连接方式。