基于ZYNQ的摄像头采集系统设计与实现
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2021-01-12
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电子设计工程
Electronic Design Engineering
第 28卷
Vol.28
第 8期
No.8
2020年 4月
Apr. 2020
收稿日期：2019-07-10 稿件编号：201907055
作者简介：李启慧（1995—），女，湖北黄冈人，硕士研究生。研究方向：通信与信息系统。
随着片上系统 SoC 体积的减小、功耗的降低以
及系统功能的增加，全可编程技术广泛应用于不同
领域，比如控制和分析一体化人机界面、加密/安全/
实时控制、数据 融合和图像处理、从传感器/机器到
互联网的无缝连接等，通俗来说可以应用在智能分
析、可视化、感知和反应等过程中。作为全球最大的
可编 程 逻辑 完 整解 决方案 的供 应 商，Xilinx 推出 了
ZYNQ 系 列 器 件 ，此 系 列 器 件 是 Xilinx 的 ZYNQ-
7000 SoC 芯片的解决方案，采用了 ARM+ FPGA SoC
技术将双核 ARM Cortex- A9 和 FPGA 集成在一颗芯
片上。其中 FPGA 是在 GAL、PAL、CPLD、EPLD 等可
编程逻辑器件的基础上进一步发展的产物，它的出
现是作为 ASIC（Application Specific Integrated Circuit）
领域中的一种半定制电路而存在，既能解决原有可
编程器件门电路有限的不足，又能弥补定制电路的
欠缺
[1]
。
通过研究在 DSP、GPU 和 FPGA 上实施过的图像
视频的采集和处理方案，发现这些方案 留存应用局
限性、可扩展性差、功耗高等弊端。针对这些问题，
本文在黑金基于 XilinxZYNQ-7000 开发平台的开发
板 AX7020 上采用软硬件协同设计方法搭建了视频
采集系统。
基于 ZYNQ 的摄像头采集系统设计与实现
李启慧
（武汉邮电科学研究院 湖北 武汉 430074）
摘要：本设计在 Xilinx 公司推出的 ZYNQ 系列嵌入式处理平台上，研究 ARM+FPGA 异构架构通过软
硬件协同设计如何完成摄像头的视频图像采集。本系统由 FPGA 采集帧率为 15FPS 的 OV5640 摄
像头视频数据，经过系统 IP 核转换为 AXI VDMA 支持的接口类型，通过 AXI4 总线将数据传输到 PS
部分的 DDR3 中进行缓存，最后通过 VDMA 从内存读出，经过 HDMI 显示到显示器。实验结果表明，
在 HDMI显示器上实现了刷新率为 80FPS 的显示，保证低功耗的同时也完成了高性能运行处理。
关键词：ZYNQ；片上系统；OV5640；硬件平台
中图分类号：TN48 文献标识码：A 文章编号：1674-6236（2020）08-0108-06
DOI：10.14022/j.issn1674-6236.2020.08.024
Design and implementation of camera acquisition system
based on ZYNQ
LI Qi⁃hui
（Wuhan Institute of Posts and Telecommunications，Wuhan 430074，China）
Abstract：This design studies how to complete the video image acquisition of the camera through software
and hardware collaborative design，utilizing the ARM +FPGA heterogeneous architecture on the ZYNQ
series embedded processing platform launched by Xilinx. The system collects video data of OV5640
camera with frame rate of 15FPS by FPGA，converts it to AXI VDMA supported interface type through
system IP core，transfers data to DDR3 of PS part for buffering through AXI4 bus，and finally reads out
from memory through VDMA，and displayed on the display through HDMI. The experimental results
show that the display with a refresh rate of 80 FPS is realized on the HDMI display，and the high ⁃
performance operation processing is also completed while ensuring low power consumption.
Key words：ZYNQ；system on chip；OV5640；hardware platform
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