Spartan-3A Starter KitでCMOSカメラ・ディスプレイ回路を組んでみようと思っている。ブロック図を用いて、仕様を説明している。

今度もDDR2 SDRAMコントローラのレイテンシ込みのDDR2 SDRAMのレイテンシを測定してみる。以前のDDR2 SDRAMの動作周波数は150MHzだったが、今回は133MHzに変更してある。（再度変更して、実際は125MHzです）

VGA DISPLAY CONTROLLERやCAMERA_CONTROLLERの非同期FIFOの深度についてまとめておこうと思う。

さて、Spartan-3A Starter KitでCMOSカメラ・ディスプレイ回路のVerilogコーディング中だ。暑いので、やる気が失せている。ほんとうに暑い。

Spartan-3A Starter KitでCMOSカメラ・ディスプレイ回路もインプリメンテーション用のVerilogファイルは書き終えて、一応、XSTで論理合成はできるようになった。（熱中症になりそうになりながらも頑張りました）

CMOSカメラ・ディスプレイ回路のコーディングも終了し、OV7640のモデルを Verilogで作ったので、シミュレーションを行っている。DDR2 SDRAMのモデルはいつものMicron社のモデルを使用している。Veritakでシミュレーションを行っている。

”Spartan-3A Starter KitでCMOSカメラ・ディスプレイ回路５（シミュレーション）”でシミュレーションをしてみたが、CMOSカメラモデルのデータの出力が遅いため、 （でもそれが通常のタイミング）短いシミュレーション時間では、VGA_Display_Contorller がX以外のRGB値を出力できなかった。
今回は、テストベンチからdefpram を使用して、CMOSカメラの１フレームを極端に短くすることによって、なんとか短いシミュレーション時間でRGBの値を出力できることを目指す。

Spartan-3A Starter KitでCMOSカメラ・ディスプレイ回路のインプリメントを行った。インプリメントは終了した。

いろいろおかしいところを修正した。cam_pclkのGCLKの位置を変える必要があったが変更できないので、CLOCK_DEDICATED_ROUTE = FALSE制約で逃げた。

133.33MHzクロックのデータパスの遅延が8.891nsec となって、制約の7.5nsec を満足できない。（分けあってISE12.1）　タイミングを満たすために試行錯誤した。

Spartan-3A Starter KitでCMOSカメラ・ディスプレイ回路がうまく動かないので、OV7670からの信号をオシロスコープで観察してみた。（波形の写真あり）

Spartan-3A Starter KitでCMOSカメラ・ディスプレイ回路をChipScope Proで観察してみた。
おかしいのは、/cam_cont_afifo_inst/wr_data_countが06から急に3F（青と赤のカーソルで囲まれた部分）になってし まうことだ。それでfullとなって、更に書き込むため overflow してしまうようだ。rd_data_countもおかしい？

前回動作がおかしかったのは、ノイズが原因だったようだ。配線にアルミフォイルをまいたら、改善した。

いろいろうまくいかないSpartan-3A Starter KitでCMOSカメラ・ディスプレイ回路だが、配線にアルミフォイルを巻いたら、だいぶましになってきた。やはり、配線を短くしようと、秋月電子でコネ クタと基板を買ったので、アダプタ基板を作ろうと思っている。秋月電子がお盆休みで休みなので、来週になるとおもう。
いろいろやってみているが、ChipScope Proを入れると、規模によっては上手く動かないことがあるようだ。一旦、ChipScope Proを外すと、テストパターンが出てきた。

やっと、CMOSカメラの画像が出てきて一安心。画像が寄っている原因はわかった。シミュレーション用にVGAコントローラのアドレスを途中から始めているからだった。カラー化してみたが色がおかしかった。ピンクっぽい。

CMOSカメラを接続するケーブルが長すぎるようなので、秋月電子でユニバーサル基板とソケットを買って、基板上で配線することにした。

”Spartan-3A Starter KitでCMOSカメラ・ディスプレイ回路１５（CMOSカメラ搭載基板）”で頼んだ、ユニバーサル基板とソケットが今日来た。

”Spartan-3A Starter KitでCMOSカメラ・ディスプレイ回路１６（基板とコネクタ）”のユニバーサル基板とソケットを使用して、Spartan-3A Starter KitとCMOSカメラを接続する接続基板を日曜日にFPGA-CAFEで作成した。

この前から悩んできた画面のノイズだが、どうやら自作のDDR2 SDRAMコントローラのバグである可能性が大きくなってきた。これでバグのでる条件はわかったので、次はシミュレーション環境で同じバグが出るかどうかを確かめて、バグが出たらバグを修正する。

”Spartan-3A Starter KitでCMOSカメラ・ディスプレイ回路１８（DDR2 SDRAMコントローラのバグ）”でDDR2 SDRAMコントローラにバグがあることがわかったので修正を試みた。バグがフィックス出来て、画像にノイズが無くなった。

DDR2 SDRAMコントローラのバグフィックができたと思ったが、画像のドットが変化しているのが見える。もしかしたら、まだ、DDR2 SDRAMコントローラがおかしいのか？とおもって、デジタルカメラ機能を付けてみた。

Spartan-3A Starter KitでCMOSカメラ・ディスプレイ回路にChipScope ProのVIOを入れて、tclでデータを取得してみることにした。画像データを２１分で取得できた。

”Spartan-3A Starter KitでCMOSカメラ・ディスプレイ回路２１（VIO、tcl）”で取得したYUVの値を使って、ソフトウェアでRGBに変換し、BMPフォーマットに直して、パソコンで見てみた。やはり、色がおかしかった。

”Spartan-3A Starter KitでCMOSカメラ・ディスプレイ回路２２（ソフトでYUV-RGB変換）”でVIOで取り込んだデータをBMPファイルにしてみたが、やはり、色が おかしかった。そこで、CMOSカメラの設定を行うSCCBインタフェース回路を実装することになった。

今回は、SCCBインターフェース回路を付けて、CMOSカメラを制御できるように なった。そこで、CMOSカメラをRGB444モード（RGBが4ビットずつのデータとして出力されるモード）に設定して、そのRGBをそのまま Spartan-3A Starter KitのVGAポートから出力することにした。
やってみた結果は、やはり、ピンクぽかった。おかしいのは、赤を見ると緑に見える。

LinuxのOV7670のドライバの設定を参考に設定したら、うまくカラー化できた。やったー。苦労しただけにうれしいです。

CMOSカメラからYUV422で出力されたデータをYUV-RGB変換回路を通し て、ディスプレイに出力する回路をやってみた。LinuxのOV7670のドライバを参考にRGB444の設定部分をYUV422フォーマットの物に入れ 替えた。そうして、インプリメントして表示してみると、今度はYUV422の方もディスプレイに表示することができた。良かった～。

Spartan-3A Starter KitでCMOSカメラ・ディスプレイ回路でも、現在は4ビット品質の画像しかディスプレイに出力していないので、8ビットの品質を見るためにVIOでYUVのデータを取得して、BMPファイルに変換して、画質を見てみた。

Spartan-3A Starter KitでCMOSカメラ・ディスプレイ回路をダウンロード公開した。変換基板の作り方とインプリメントの仕方を説明した。割り算器が必要になったので、 ISE12.2のCore GeneratorのDivider Generator を使って割り算コアを生成してみた。

”Spartan-3A Starter KitでCMOSカメラ・ディスプレイ回路２８（プロジェクトの公開）”のシミュレーション方法を説明する。OVL（Open Verification Library）も入っているので、かなりハードルが高いと思う。