Zynq学习笔记--AXI4-Stream到视频输出IP是如何工作的？

1. 简介

2. 原理详解

2.1 示例工程

2.2 AXI4-Stream to Video Out

3. Master/Slave Timing Mode

3.1 Slave Timing Mode

3.2 Master Timing Mode

4. 总结

1. 简介

本文主要介绍了 AXI4-Stream 到视频输出的内容。其中，示例工程展示了一个具体的设计，包括时钟、复位信号、视频数据以及一些参数设置。该示例工程使用 AXI4-Lite 接口配置视频输出的参数，例如图像的高度、宽度和背景图案。此外，文本还详细解释了 AXI4-Stream 到视频输出 IP 的组成部分，包括数据部分、时序信号部分和同步部分。同步器的工作原理涵盖了初始对齐阶段和时序模式，以实现数据和时序信号的同步。

2. 原理详解

2.1 示例工程

`timescale 1ns / 1ps

import axi_vip_pkg::*;
import design_1_axi_vip_0_0_pkg::*;

module tb_AXI4S_to_Vid_Out();

bit aclk = 0, aresetn = 0;
xil_axi_resp_t 	resp;
bit vid_hblank, vid_vblank, vid_hsync, vid_vsync ;
bit [23:0] vid_data;
integer counter_width = 0, counter_height = 0;
integer final_width = 0, final_height = 0;

parameter integer tpg_base_address = 12'h000;
    parameter integer TPG_CONTROL_REG    = tpg_base_address;
    parameter integer TPG_ACTIVE_H_REG   = tpg_base_address + 8'h10;
    parameter integer TPG_ACTIVE_W_REG   = tpg_base_address + 8'h18;
    parameter integer TPG_BG_PATTERN_REG = tpg_base_address + 8'h20;
integer height=480, width=640;

always #12.5ns aclk = ~aclk; // 40MHz

design_1_wrapper UUT(
    .aclk_40MHz     (aclk),
    .aresetn_0      (aresetn),
    .vid_data       (vid_data),
    .vid_hblank     (vid_hblank),
    .vid_hsync      (vid_hsync),
    .vid_vblank     (vid_vblank),
    .vid_vsync      (vid_vsync));

initial begin
    #50ns aresetn = 1;
end

design_1_axi_vip_0_0_mst_t      master_agent;

initial begin    
    master_agent = new("master vip agent",UUT.design_1_i.axi_vip_0.inst.IF);
    master_agent.start_master();
    wait (aresetn == 1'b1);
    
    #200ns
    master_agent.AXI4LITE_WRITE_BURST(TPG_ACTIVE_H_REG, 0, height, resp);
    master_agent.AXI4LITE_WRITE_BURST(TPG_ACTIVE_W_REG, 0, width,  resp);
    master_agent.AXI4LITE_WRITE_BURST(TPG_BG_PATTERN_REG, 0, 9, resp);
    
    #200ns
    master_agent.AXI4LITE_WRITE_BURST(TPG_CONTROL_REG, 0, 8'h81, resp); 
end
endmodule

注意：

如果 Clock Mode 选用独立时钟，则启用fifo的跨时钟域功能。

fifo深度如何设定？答：在根据fifo_flag调试；
fid仅用于隔行扫描，很少用到；

2.2 AXI4-Stream to Video Out

其中：

fifo_flag: overflow, underflow

status:

status[1] – Course Align, Wait for VTG SOF

status[3] – Fine Align, VTG EOL Leading

status[8] – Fine Align Locked

…

AXI4-Stream到视频输出IP的组成部分：

数据部分（红色）：数据首先通过FIFO，然后进行格式化，以遵循Xilinx视频IP的AXI4-Stream编码（UG934中定义）。
时序信号部分（绿色）：时序信号直接从VTC（视频时序控制器）传递给AXI4-Stream到视频输出IP，无需修改。
同步部分（橙色）：输出同步器从AXI4-Stream接收帧边界信息信号（帧开始和行结束），以及来自VTC的时序信号，以实现数据和时序信号的同步。

同步器的工作原理：

初始对齐阶段：AXI4-Stream到视频输出首先进入粗对齐阶段，然后进入精细对齐阶段，最终锁定。具体的对齐细节可以在PG044中找到。
时序模式：根据Master或Slave模式，同步器控制VTC或内部FIFO，以实现同步。详细的时序模式说明在PG044的第3章中有。
输出同步器块从AXI4-Stream接收帧边界信息信号(tuser, or sof and eol)以及从VTC IP接收的时序信号作为输入，以同步数据和时序信号。根据时序模式（Master 或 Slave），它将控制VTC（使用vtg_ce）或内部FIFO以实现同步。

3. Master/Slave Timing Mode

3.1 Slave Timing Mode

Slave Timing Mode，是指 VTC 是 Video Out 的从属，通过vtg_ce控制同步。

3.2 Master Timing Mode

Master Timing Mode，是指 VTC 是 VDMA、Processing Pipe 和 Video Out 的时序主控。

4. 总结

本文介绍了 AXI4-Stream 到视频输出的工作原理和示例工程。通过该工程，详细展示了如何使用 AXI4-Lite 接口配置视频输出参数，包括图像高度、宽度和背景图案等。AXI4-Stream 到视频输出 IP 包含数据部分、时序信号部分和同步部分，确保数据与时序信号的同步。同步器通过初始对齐和时序模式来实现这一目标，支持独立时钟模式下的跨时钟域功能。最后，解释了 Master 和 Slave 时序模式，分别由 VTC 控制同步信号和作为时序主控。总的来说，本文为实现视频输出提供了全面的技术指导和详细的操作示例。