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FPGA图像采集系统硬件联调与测试

📚 共计 30 章节

FPGA图像采集概述

课程目标、系统框图、CMOS vs CCD、开发板选型

概览方案对比

硬件平台搭建

电源树、时钟树、MIPI/LVDS/并行接口连接

Sensor驱动配置

I2C/SPI寄存器、上电时序、PLL、RAW/Bayer/YUV

驱动寄存器

MIPI D-PHY物理层

差分信号、LP/HS模式、时钟/数据通道、眼图

MIPI CSI-2协议层

长包/短包、DT、虚拟通道、帧/行同步

MIPI接收IP核

Xilinx CSI-2 RX、Altera IP、参数配置与例化

时钟域交叉与同步

多时钟域、异步FIFO、握手、XPM

图像数据缓存

BRAM/URAM、DDR4/DDR3、AXI4-Stream、帧缓存

AXI VDMA配置、帧同步、中断、多缓冲

图像格式转换

Bayer→RGB、RGB→YUV、CCM、Gamma

图像缩放与裁剪

双线性/最近邻插值、Line Buffer、裁剪窗口

图像增强算法

直方图均衡、对比度拉伸、Sobel/Laplacian、中值滤波

字符生成、位图叠加、Alpha混合、图层优先级

视频时序生成

VESA标准、行场同步、消隐区、像素时钟

TMDS、SerDes、HDMI IP、EDID仿真

DisplayPort输出

DP IP、AUX通道、Link Training、MST

7:1 SerDes、像素映射、时钟对齐、扩频

调试工具链

ILA、VIO、JTAG回读、串口打印

上板前仿真

Testbench、行为/后/时序仿真、覆盖率

上板前检查清单

电源/时钟测量、位流、引脚分配、约束

首次上板流程

下载位流、初始状态、PLL锁定、Sensor初始化

图像采集调试

Lane Swap、极性反转、CRC、帧同步头

图像质量调试

DPC、LSC、AWB、AE

帧率与带宽优化

像素时钟、DDR带宽、AXI效率、Burst Length

多路视频同步

多Sensor同步、帧同步分发、时间戳、硬件触发

系统级联调

FPGA+ARM(Zynq)、PS/PL交互、Linux驱动

常见问题排查

花屏、颜色异常、帧不同步、DDR溢出、时序违例

性能测试与评估

帧率/延迟测试、PSNR/SSIM、功耗分析

工程化与文档

Git版本管理、设计文档、调试日志、测试报告

项目实战案例

1080P@60fps、多摄像头拼接、工业线阵相机