Chapter 06: OV7670 视频显示系统整体架构

1. 写在前面的话

时间是2012年8月23号，11：31，过的好快好快，写到Chapter 05的时候是8月13号，不知不觉，忙了30天，一直都木有时间，烧脑啊。

明天就要去另一个地方了，很远……今天给自己留点时间，整理好心情再出发。不管你们认不认可，我还是得把这个东西写完。某些人一直催我，催我，催我把最后一点写写掉，不知道不觉自己的整理成了众目睽睽的任务了。不写完心中无比的不踏实，虽然……，但感觉欠你们一个交代似的，郁闷……

记得前面写过《OV7670 开启视频开发之路》、《OV7670 SCCB初始化》、《OV7670 寄存器配置》、《OV7670 视频接收解析》、《OV7670 YCbCr视频解码》，从认识OV7670摄像头到视频开发之路，从SCCB初始化到摄像头配置，从图像采样到视频编解码，终于在VGA上面显示点什么了。

零零散散的组合，还记得小学的一篇文章：《走一步，再走一步》，只要“不抛弃，不放弃”，总能走得远。今天打算发下哪些所示，终于可以挤点时间，整理一下最后的思路，将OV7670视频下时系统整体架构详细的分析给大家，也算是在CMOS摄像头入门开发商，画上一个完整的句号。

由于sdram_ov7670_yuv这个视频显示系统结构最庞大，因此拿他开刀。详细的代码不做阐述，也不会去讲如何实现，这里只讲框架和思路！

2. sdram_ov7670_yuv模型解析

2.1. 顶层模块

系统顶层RTL图，主要可以划分为4个模块，完成了整个电路的设计，如下所示。

整个系统的数据流，就是在CMOS摄像头初始化完成以后，通过CMOS_Capter模块捕获CMOS输出的图像数据，写入到sdram_vga_top模块。Sdram_vga_top模块通过相关存储以及处理，最后实时输出于VGA显示器上。当然，（1）只是个PLL以及复位信号的时钟控制电路，以前的博客中我也讲过，此处不再做累赘阐述；（3）（4）在前面章节都讲过，不接的看前面的Chapter。主要需要分析的是（2），基于SDRAM的显示控制器，请看下一小节。

2.2. SDRAM的显示控制器

如上图所示，sdram显示控制器从接口上主要完成了异步数据的处理，sdram存储器的控制，以及VGA显示器的显示，相关接口如下表所示：

Sdram_vga_top内部RTL图如上图所示，相关模块以及功能如下表所示：

Sdram_vga_top模块作为整个系统的核心电路，包括了以上五个部分。其中每部分功能如下：

1) lcd_top：作为VGA显示器的时序电路，主要完成VGA的驱动。这部分在过去我的博文中，写过n遍，如下：

http://www.cnblogs.com/crazybingo/archive/2011/07/28/2119948.html

2) lcd_display：作为VGA显示控制电路，主要完成数据流的选择，同时可以在该模块完成字幕，半透明等操作。关于字幕的实现可以参考Bingo当年博文：

http://www.cnblogs.com/crazybingo/archive/2011/08/10/2134185.html

如下图所示，半透明+字幕滚屏：

3) video_image_processing：这部分将会是以后视频图像研究中的核心算法部分，以后将在这里实现视频的编解码、图像的滤波，去噪，以及图形变换等算法，相关算法都可以在这个模块添加。目前实现了YCbCr 4:2:2解码以及RGB数据流的处理，完成了OV7670 YUV模式下的数据流解码。

4) sdbank_switch：在SDRAM带宽允许的范围内，实现内部2个bank的乒乓操作，使得输入输出视频流读写无冲突。流程如下所示：

5) sdram_2fifo_top： SDRAM控制器顶层模块，实现SDRAM的初始化，SDRAM突发读写操作，以及异步时钟域数据的交换，以及与VGA接口的同步通信。数据流如下图所示：

这部分内部的RTL图如下图所示：

sdram_2fifo_top模块内部功能如下所示：

① sdram_top模块实现了sdram的突发读写操作，这部分为你们崇拜的特权同学设计，版权归特权同学所有，我只是给他修改了几个bug而已哈哈。。。

② dcfifo_ctrl模块为Bingo设计，主要通过DC-FIFO完成了异步数据的跨时钟处理。

个人认为这部分的设计相当的重要，要完成各种同步、异步逻辑，以实现视频数据流实时存储，保证准确不丢失。因此如果xxx的话，请不要随意修改，后果自负！

3. 系统统调验证

系统中采用了OV7670摄像头。该摄像头每秒写入30帧640*480的图像，同时VGA每秒读取60帧640*480的图像。在Quartus II中综合整个系统的设计，基于EP2C5Q208C8 FPGA，以“基于SDRAM的显示控制器”ip为核心，同时驱动OV7670摄像头，作为显示控制器的数据源，以及图像处理的目标。

经过长时间测试，验证了“基于FPGA的视频图像显示控制器”的性能极其稳定性。测试结果如下所示，其中右边为电脑播放的视频，左边为OV7670摄像头实时捕获并且在VGA显示的结果，测试在画面上稳定流畅，清晰保真，在性能上运行稳定，可靠性强。

4. 写在最后的话

哈哈，终于可以写着一段了。好激动，因为我又可以解脱了，你们可以玩去吧O(∩_∩)O哈哈~

这些天very very busy，当然也有些收货喽。典型的就是以下几个点，也许你们会笑我，我觉得很重要，最基本的东西往往是最精髓的东西，随意了：

① 组合输入，逻辑输出，时序边沿严格对齐

② 稍微复杂的电路，最好画出来，在按照时序去设计code，这样更不容易出错。一定要分析时序，时序，时序！

③ 不要盲目的只用脑袋想，也不要盲目的仿真，示波器和逻辑分析仪来的更强大（当然也仿真时必须的）

④ 设计一个项目的时候，一定要先确定好方案，以及完整的时序，接口，功能，不然在开发中会变得很渺茫。

⑤ 借口是失败最大的最大的座右铭。

⑥ Try，try，不停地try，直到困难向你妥协。峰哥说过：“努力，永不为过”！

近期的一批板子木有了，卖的卖了，送的送完，这个板子以后可能还会做，有兴趣的可以关注：www.chinaaet.com

或者我博客：http://blog.chinaaet.com/crazybingo

有问题可以mail me：thereturnofbingo@gmail.com，在适当的时候给你们解答！发现bug或者有更好的介意的同人，欢迎指正，

做什么事情都得坚持，看好“视频图像处理”！

OK，闪人，不废话了，CB要累了，要走了，杭州再见，再见了……