Cahier de laboratoire

Afin de contrôler complètement la caméra, j’ai dû utiliser le port I2C. Après quelques recherches sur les internets, j’ai trouvé un programme VHDL qui fournit la logique d’interfaçage, prenant en entrée un port parallèle et générant un signal I2C de sortie, avec un clock à la bonne fréquence. Merci à Scott Larson pour cet excellent travail, je n’aurais jamais écrit ça moi-même.

Tout ce qu’il me fallait faire (et c’était quand même passablement compliqué), c’était de créer une machine d’état pour écrire dans les registres souhaités de la caméra. Pour cela, je me suis inspiré de la machine d’état pour contrôler l’écran LCD, ainsi que de l’exemple fournit sur le site donné ci-haut.

———————————
— Data feeder
———————————
— library declaration
library IEEE;
use IEEE.std_logic_1164.all;
use IEEE.numeric_std.all;
— entity
entity datafeeder is
    port ( feed_clk : in std_logic;
        i2c_busy : in std_logic;
        i2c_data_rd : in std_logic_vector(7 downto 0);
        feed_rst_n : in std_logic;
        ——————————–
        i2c_reset_n : out std_logic;
        i2c_ena : out std_logic;
        i2c_addr : out std_logic_vector(6 downto 0);
        i2c_rw : out std_logic;
        i2c_data_wr : out std_logic_vector(7 downto 0);
        data : out std_logic_vector (15 downto 0));
end datafeeder;
— architecture
architecture my_datafeeder of datafeeder is
    signal busy_prev : std_logic;
    constant slave_addr : std_logic_vector(6 downto 0) := « 1011101 »; — The address of d5m camera is BA write and BB read, the first 7 bits are 1011101 or 5D
    type state_type is (start,getcmd,delay,writereg,readreg,donewr,done); — All the states of the FSM
    signal state : state_type;
    subtype Cmd_t is std_logic_vector (23 downto 0);
    type Commands_t is array (natural range <>) of Cmd_t;
    constant Commands : Commands_t := (     — 8 MSB bits for register address and 16 LSB bits for data
    x »0B » & x »0003″, –Restart, pause acquisition before changing settings
    — Change pixclock to 96MHz (Nope. Max Throughput of pipeline is at 50Mhz for 320×240 picture on LCD
    –x »10″ & x »0051″, –PLL control, (power on : last bit = 1)
    –x »11″ & x »6018″, –PLL config 1, (m factor : 96, n factor – 1 : 24)
    –x »12″ & x »0001″, –PLL config 2, (p factor – 1 : 1)
    –x »10″ & x »0053″, –PLL control, (power on and enable on, last 2 bits)
    — Change image size to 320×240
    x »01″ & x »0042″, –Row start, add 12 to default 54 = 66
    x »02″ & x »0020″, –Column start, add 16 to default 16 = 32
    x »03″ & x »077F », –Row size, 240*8 – 1 = 1919
    x »04″ & x »09FF », –Column size, 320*8 -1 = 2559
    x »22″ & x »0003″, –Row address mode, bin1, skip4, skip 4 pour une image de 640×480 en pattern bayer
    x »23″ & x »0003″, –Column address mode, bin1, skip4, le bin rajoute du flou en déplacement
    x »0B » & x »0001″);–Restart, clear pause_restart bit
    signal Index : integer range 0 to Commands’length; — Index of the command set
    signal Cmd : Cmd_t;
    signal reg_addr : std_logic_vector(7 downto 0);
    signal reg_data : std_logic_vector(15 downto 0);
    signal rw : std_logic;
begin
    state_machine : process(feed_clk,feed_rst_n)
    variable busy_cnt : integer range 0 to 3;
    variable clockcount : integer range 0 to 49999 := 49999; — Delay 1ms between each command
    begin
        if (feed_rst_n = ‘0’) then
            i2c_reset_n <= '0';
            Index <= 0;
            rw <= '0';
            state <= start;
        elsif rising_edge(feed_clk) then
            Cmd <= Commands(Index);
            case state is
                when start =>
                    i2c_reset_n <= '1';
                    i2c_ena <= '0';
                    state <= getcmd;
                when getcmd =>
                    reg_addr <= Cmd(23 downto 16);
                    reg_data <= Cmd(15 downto 0);
                    state <= delay;
                when delay =>
                    if rw = ‘0’ then
                        if clockcount = 0 then
                            state <= writereg;
                        end if;
                        clockcount := clockcount – 1;
                    else
                        state <= readreg;
                    end if;
                when writereg => –state for conducting this transaction
                    busy_prev <= i2c_busy; --capture the value of the previous i2c busy signal
                    if(busy_prev = ‘0’ AND i2c_busy = ‘1’) then –i2c busy just went high
                    busy_cnt := busy_cnt + 1; –counts the times busy has gone from low to high during transaction
                    end if;
                    case busy_cnt is –busy_cnt keeps track of which command we are on
                        when 0 => –no command latched in yet
                            i2c_ena <= '1'; --initiate the transaction
                            i2c_addr <= slave_addr; --set the address of the slave
                            i2c_rw <= '0'; --command 1 is a write
                            i2c_data_wr <= reg_addr; --write register address
                        when 1 =>
                            i2c_rw <= '0'; --command 2 is a write
                            i2c_data_wr <= reg_data(15 downto 8); --write msb bits of data to register
                        when 2 =>
                            i2c_data_wr <= reg_data(7 downto 0); --write lsb bits of data to register
                        when 3 =>
                            i2c_ena <='0'; --disable i2c module, all commands are passed to latch
                            if (i2c_busy = ‘0’) then –i2c module has finihsed
                                busy_cnt := 0; –reset busy counter
                                state <= done;
                            end if;
                        when others => null;
                    end case;
                when readreg =>
                    busy_prev <= i2c_busy; --capture the value of the previous i2c busy signal
                    if(busy_prev = ‘0’ AND i2c_busy = ‘1’) then –i2c busy just went high
                        busy_cnt := busy_cnt + 1; –counts the times busy has gone from low to high during transaction
                    end if;
                    case busy_cnt is
                        when 0 => –no command latched in yet
                            i2c_ena <= '1'; --initiate the transaction
                            i2c_addr <= slave_addr; --set the address of the slave
                            i2c_rw <= '0'; --command 1 is a write
                            i2c_data_wr <= reg_addr; --data to be written
                        when 1 =>
                            i2c_rw <= '1';
                        when 2 =>
                            i2c_rw <= '1';
                            if (i2c_busy = ‘0’) then
                                data(15 downto 8) <= i2c_data_rd;
                            end if;
                        when 3 =>
                            i2c_ena <= '0';
                            if (i2c_busy = ‘0’) then
                                data(7 downto 0) <= i2c_data_rd;
                                busy_cnt := 0;
                                state <= done;
                            end if;
                        when others => null;
                    end case;
                when done =>
                    if Index=Commands’length then — last command has been sent
                        –state <= donewr;
                        state <= done;
                        data <= x"FF00";
                    else
                        Index <= Index + 1; -- fecth next vector
                        state <= getcmd;
                    end if;
                when donewr => — read in loop all registers written
                    rw <= '1';
                    Index <= 0;
                    state <= getcmd;
            end case;
        end if;
    end process state_machine;
end my_datafeeder;

Par la suite, j’ai modifié le processus choosepix, vu que le format de l’image produit par la caméra est déjà le bon. Je prends une image de 640×480 en bayer, vu que je veux une 320×240 rbg, je dois prendre deux fois plus de pixels sur la caméra pour ramener les couleurs ensemble.

chosepix : process(Xpos_in,Ypos_in)
begin
    if ((Xpos_in < 640) and (Ypos_in < 480)) then -- for a 320x240 picture
        Xposchosen <= Xpos_in mod 2; --Read bayer pattern (skip 1 col)
        Yposchosen <= Ypos_in mod 2; --Read bayer pattern (skip 1 row)
    else
        Xposchosen <= (others=>‘1’);
        Yposchosen <= (others=>‘1’);
    end if;
end process chosepix;

J’ai dû changer pixelmix aussi parce qu’il y avait un bug avec le fifo, qui faisait que je lisais la sortie avant le coup d’horloge, donc l’image rouge était décalé horizontalement d’un pixel. Pour le résoudre, j’ai créé un latch et créé un front montant sur la pin rd du fifo avant la lecture de la mémoire :

pixelmix : process(D5M_PIXCLK,Yposchosen,Xposchosen,q_in)
begin
    if (rising_edge(D5M_PIXCLK) and (Yposchosen = 1) and (Xposchosen = 0)) then
        pixImage_out(4 downto 0) <= pixel_in; -- blue value of output pixel
    end if;
    if ((Yposchosen = 1) and (Xposchosen = 1)) then
        if (rising_edge(D5M_PIXCLK)) then
            rdreq_out <= '1';
            pixImage_out(10 downto 5) <= pixel_in & '0'; -- green value of output pixel
        end if;
    else
        pixImage_out(15 downto 11) <= q_in; -- red value of output pixel
        rdreq_out <= '0';
    end if;
end process pixelmix;

Finalement, je ne sais pas pourquoi, mais tout ça a rajouté un petit délai lors de l’écriture des pixels sur l’écran LCD, je l’ai rajout en faisant un not sur la clock newpixclk pour l’inverser, mais ce n’est vraiment pas très beau. En tout cas, ça fonctionne!!

Pour réussir cet exploit, je suis parti de mes deux réussites précédentes, l’interfaçage de la caméra ainsi que l’interfaçage de l’écran LCD. Ce serait simple de joindre les deux bouts, n’est-ce pas? Eh bien, pas vraiment. La caméra produit une image de 2592×1944 pixels, en patron Bayer (alternance de rouge, vert, bleu). L’écran a 320×240 pixels et son format de couleur est 16bits (5 premiers bits bleus, 6 bits du milieu vert et 5 derniers bits rouges). Il faut donc adapter la taille de l’image, et garder une couleur en mémoire pour toute une rangée, afin de l’appliquer au bon pixel de la ligne suivante.

J’ai donc créé l’entité image_transform afin de faire ces deux étapes, en partant des signaux produits par mon pixel_interface, qui me donne Xpos et Ypos, les signaux donnant la position du pixel sur l’écran.

Un premier processus, choosepix, permet de sauter 7 pixels sur 8 et de produire deux signaux, Xposchosen et Yposchosen correspondant au modulo, ce qui fait que le cycle du compte de 0 à 7 se répète 320×240 fois.

Pour la première ligne du patron de Bayer, j’enregistre seulement le pixel rouge, avec le processus pixelsave. Celui-ci utilise un FIFO créé avec l’utilitaire de Quartus II (megafunction), j’ai essayé de le programmer moi-même, sans grand succès, j’ai donc décidé de remettre cette partie de plaisir à plus tard et de me fier aux ingénieurs d’ALTERA pour cette partie-là. C’est probablement la mémoire la plus simple d’utilisation, elle a très bien fait le travail. Cela m’a permit de découvrir la différence entre les éléments logiques LE (les blocs lego de base pour générer n’importe quel circuit logique) et l’embeded memory (bloc lego de base pour générer n’importe quelle mémoire). J’ai pas trop poussé ma compréhension de cette chose, mais c’est très intéressant. Pour l’instant, c’est simplement bon à savoir, car ça permet d’économiser les registres logiques (mais bon, je suis encore très loin de remplir le FPGA de toute manière).

Dans la deuxième ligne, à l’aide du processus pixelmix, je reconstruis le pixel en 16 bits, en lisant d’abord le bleu, puis le vert, puis la mémoire du rouge correspondant à la première adresse de la valeur précédente. Je vide ainsi toute la mémoire en repassant sur la ligne précédente.

Finalement, l’écran LCD demande une clock à chaque fois que je veux écrire un nouveau pixel dans sa mémoire, je génère la fréquence et la phase appropriée à l’aide du processus pixclkgen, à partir des signaux Xposchosen et Yposchosen. J’ai rajouté l’état suivant à la machine d’état de l’écran LCD, qui apparaît après l’initialisation complète :

when CamLiveFeed =>
    LT_DBi <= pixImage_in; -- Write pixel to LCD data port
    LT_WR_n <= newpixclk_in; -- toggle write pin with pixel clock
    State <= CamLiveFeed; -- deadlock

Voici mon entité image_transform :

———————–
— Image transformation
———————–
— library declaration
library IEEE;
use IEEE.std_logic_1164.all;
use IEEE.numeric_std.all;
— entity
entity image_transform is
    port( D5M_PIXCLK : in std_logic;
        pixel_in : in std_logic_vector(4 downto 0);
        Xpos_in : in unsigned(11 downto 0);
        Ypos_in : in unsigned(10 downto 0);
        q_in : in std_logic_vector(4 downto 0);
        ———————————–
        aclr_out : out std_logic;
        data_out : out std_logic_vector(4 downto 0);
        rdclk_out : out std_logic;
        rdreq_out : out std_logic;
        wrclk_out : out std_logic;
        wrreq_out : out std_logic;
        pixImage_out : out std_logic_vector(15 downto 0);
        newpixclk_out : out std_logic);
end image_transform;
— architecture
architecture my_image_transform of image_transform is
    signal Xposchosen : unsigned(11 downto 0);
    signal Yposchosen : unsigned(10 downto 0);
begin
    chosepix : process(Xpos_in,Ypos_in)
    begin
        if ((Xpos_in < 2560) and (Ypos_in < 1920)) then -- for a 320x240 picture
            Xposchosen <= Xpos_in mod 8;
            Yposchosen <= Ypos_in mod 8;
        else
            Xposchosen <= (others=>‘1’);
            Yposchosen <= (others=>‘1’);
        end if;
    end process chosepix;
    wrclk_out <= not D5M_PIXCLK; -- write and read fifo at falling edge of the clock
    rdclk_out <= not D5M_PIXCLK;
    pixelsave : process(D5M_PIXCLK,Yposchosen,Xposchosen) — save first row each 8 rows and skip 8 pixels on x axis to match output resolution
    begin
        if ((Yposchosen = 0) and (Xposchosen = 1)) then
            if (rising_edge(D5M_PIXCLK) ) then
                wrreq_out <= '1';
                data_out <= pixel_in; -- put the first pixel row in memory buffer
            end if;
        else
            wrreq_out <= '0';
        end if;
    end process pixelsave;
    pixelmix : process(D5M_PIXCLK,Yposchosen,Xposchosen)
    begin
        if (rising_edge(D5M_PIXCLK) and (Yposchosen = 1) and (Xposchosen = 0)) then
                pixImage_out(4 downto 0) <= pixel_in; -- blue value of output pixel
        end if;
        if ((Yposchosen = 1) and (Xposchosen = 1)) then
            if (rising_edge(D5M_PIXCLK)) then
                rdreq_out <= '1';
                pixImage_out(10 downto 5) <= pixel_in & '0'; -- green value of output pixel
                pixImage_out(15 downto 11) <= q_in; -- red value of output pixel
            end if;
        else
            rdreq_out <= '0';
        end if;
        if (Yposchosen = 2) then
            aclr_out <= '1';
        else
            aclr_out <= '0';
        end if;
    end process pixelmix;
    pixclckgen : process(D5M_PIXCLK) — generates a clock at the pixel_out rate
    begin
        if (rising_edge(D5M_PIXCLK) and (Xposchosen < 4) and (Yposchosen = 1)) then
            newpixclk_out <= '0';
        elsif (rising_edge(D5M_PIXCLK) and (Xposchosen >= 4) and (Yposchosen = 1)) then
            newpixclk_out <= '1';
        end if;
    end process pixclckgen;
end my_image_transform;

L’entité du top permet de tout connecter en série, je ne l’inclurai pas ici.

J’étais un peu perplexe lors de l’interfaçage de cette partie du projet. La documentation fournie par Terasic était très superficielle, se contentant de montrer les exemples, codés avec un processeur NIOS (donc, par définition, complètement obscur). Pour ma compréhension personnelle du fonctionnement des FPGA, je voulais que toute la logique soit explicitée en VHDL. Après une recherche approfondie des internets, je suis tombé sur cette « Application Note » provenant d’ALSE. Ils ont enlevé quelques parties du code, pour une raison ou une autre, mais avec un peu de déduction, c’est possible de le reconstruire. Sans ce document, je n’aurais pas réussi à faire grand chose. Ils ont déchiffré le datasheet de plus de 200 pages de l’ ILI9341 pour sortir les registres dans lequel il faut absolument écrire pour initialiser l’écran.

Le programme d’ALSE utilise entre autres une machine d’états pour envoyer des commandes par le port d’interface parallèle, en tenant compte de toutes les spécificités du contrôleur. Cela m’a permis tout d’abord de comprendre comment programmer une machine d’état en VHDL (mon cours de circuits logique était loin, et on n’a jamais vu ça!)

Un compteur (tickclk) permet de produire une horloge qui produit un pulse à toutes les 1ms, ce qui permet de passer de commande à commande plutôt lentement.

Un array de commandes contenant à la fois le délai nécessaire après l’écriture de celle-ci sur le port, le contenu (adresse ou data) et la valeur en 16 bits à écrire permet de produire toutes les séquences d’écriture nécessaire pour écrire dans tous les registres souhaités. Ensuite, il suffit de lire le datasheet! Le programme ci-dessous est fortement inspiré de l’exemple d’ALSE et permet d’afficher quelque pixels avec la couleur de notre choix.

— library declaration
library IEEE;
use IEEE.std_logic_1164.all;
use IEEE.numeric_std.all;
— entity
entity lcdtest is
    port ( Clk : in std_logic;
        Rst : in std_logic;
        ——————–
        — LT24 graphic Controller
        LT_DBi : out std_logic_vector(15 downto 0); — we use it as OUT only
        LT_WR_n : out std_logic; — aka WRX
        LT_RD_n : out std_logic; — aka RDX
        LT_RS : out std_logic; — aka D/CX
        LT_CS_n : out std_logic; — aka CSX
        LT_RESET_n : out std_logic; — aka RESX
        LT_LCD_ON : out std_logic); — Transistor to drive LCD lighting (1 = on)
end lcdtest;
— architecture
architecture my_lcdtest of lcdtest is
    subtype Cmd_t is std_logic_vector (28 downto 0);
    — Dly_ms(12) & C/D & Data(16) – 29 bits, could be a record
    type Commands_t is array (natural range <>) of Cmd_t;
    constant Commands : Commands_t := (
    — delay_ms D/Cd_n DB — p.83 datasheet ILI9341
    x »001″ & ‘0’ & x »0011″, — Exit Sleep
    — x »100″ & ‘0’ & x »0001″, — Software reset
    x »800″ & ‘0’ & x »0029″, — Display ON
    x »001″ & ‘0’ & x »003A », — Set COLMOD register
    x »000″ & ‘1’ & x »0055″, — non-default 16 bits RGB data
    x »000″ & ‘0’ & x »0036″, — Memory Access Control
    — x »000″ & ‘1’ & x »0008″, — non-default BGR filter !
    x »000″ & ‘1’ & x »0028″, — non-default BGR filter + row/col inversion for putting the display in 320×240 mode
    x »000″ & ‘0’ & x »00F2″, — Enable 3G register
    x »000″ & ‘1’ & x »0000″, — non-default = disable 3 gamma — à voir plus tard si je veux une correction gamma ou pas, pour l’instant on va laisser ça comme ça
    x »000″ & ‘0’ & x »002A », — Set Column address
    x »000″ & ‘1’ & x »0000″, —
    x »000″ & ‘1’ & x »0010″, — 16
    x »000″ & ‘0’ & x »002B », — Set Page address
    x »000″ & ‘1’ & x »0000″, —
    x »000″ & ‘1’ & x »000A », — 10
    x »000″ & ‘0’ & x »002C », — Memory Write
    x »000″ & ‘1’ & x »FFFF », — WHITE
    x »000″ & ‘1’ & x »FFFF », — WHITE
    x »000″ & ‘1’ & x »FFFF », — WHITE
    x »000″ & ‘1’ & x »FFFF », — WHITE
    x »000″ & ‘1’ & x »000F », — color
    x »000″ & ‘1’ & x »000F », — color
    x »000″ & ‘1’ & x »000F », — color
    x »000″ & ‘1’ & x »000F », — color
    x »000″ & ‘1’ & x »000F », — color
    x »000″ & ‘1’ & x »000F », — color
    x »000″ & ‘1’ & x »000F », — color
    x »000″ & ‘1’ & x »F000″, — color
    x »000″ & ‘1’ & x »F000″, — color
    x »000″ & ‘1’ & x »F000″, — color
    x »000″ & ‘1’ & x »F000″, — color
    x »000″ & ‘1’ & x »F000″, — color
    x »000″ & ‘1’ & x »F000″, — color
    x »000″ & ‘1’ & x »000F », — color
    x »000″ & ‘1’ & x »000F », — color
    x »000″ & ‘1’ & x »000F », — color
    x »000″ & ‘1’ & x »000F », — color
    x »000″ & ‘1’ & x »000F », — color
    x »000″ & ‘1’ & x »000F », — color
    x »000″ & ‘1’ & x »000F », — color
    x »000″ & ‘1’ & x »000F »); — color
    type state_type is (Boot,Idle,GetCmd,Dly,Wr1,Wr2,Done,Done1); — All the states of the FSM
    signal State : state_type;
    signal Index : integer range 0 to Commands’length; — Index of the command set
    signal Cntr : integer range 0 to to_integer(x »FFF »); — Count of delay between instructions
    signal Cycle : integer range 0 to 255; — Counter for the write cycle
    signal Cmd : Cmd_t;
    constant Nsetup : integer := 5; — Write cycle, try to reduce it to speed up
    constant Nhold : integer := 5;
    signal Tick1ms : std_logic;
— —————————
— ILI9341 interface
— —————————
— CSX can be kept low
— Write cycle > 66ns = 100 ns (5c = 2 + 3) can work
— Tdst data setup > 10 ns
— Tdht data hold > 10 ns
— /!\ Data read (not used here) is SLOW (500 ns)
begin
    LT_RD_n <= '1'; -- we don't read
    tickclk : process(Clk)
    variable clockcount : integer range 0 to 49999 := 49999;
    begin
        if falling_edge(Clk) then
            if clockcount = 0 then
                clockcount := 49999;
                Tick1ms <= '1';
            else                 clockcount := clockcount – 1;
                Tick1ms <= '0';
            end if;         end if;
    end process tickclk;
    state_machine : process(Clk,Rst)
    begin
        if Rst=’0′ then
            State <= Boot;
            LT_DBi <= (others=>‘0’);
            LT_WR_n <= '1';
            LT_CS_n <= '1';
            LT_RS <= '0';
            LT_RESET_n <= '0';
            LT_LCD_ON <= '0';
            Index <= 0;
            Cntr <= 15;
            Cycle <= 0;
            Cmd <= (others=>‘0’);
        elsif rising_edge(Clk) then
            Cmd <= Commands(Index);
            case State is
                when Boot =>
                    LT_RESET_n <= '0';
                    Index <= 0;
                    if Tick1ms=’1′ then
                        if Cntr=0 then
                            LT_RESET_n <= '1';
                            Cntr <= 300;
                            State <= Idle;
                        else
                            Cntr <= Cntr - 1;
                        end if;
                    end if;
                when Idle =>
                    if Cntr=0 then
                        LT_LCD_ON <= '1'; -- Light ON
                        LT_CS_n <= '0';
                        State <= GetCmd;
                    elsif Tick1ms=’1′ then
                        Cntr <= Cntr - 1;
                    end if;
                when GetCmd =>
                    Cntr <= to_integer(unsigned(Cmd(Cmd_t'high downto Cmd'high-11)));
                    LT_DBi <= Cmd(LT_DBi'range);
                    LT_RS <= Cmd(LT_DBi'length);
                    State <= Dly;
                when Dly =>
                    if Cntr = 0 then
                        Cycle <= Nsetup-1;
                        LT_WR_n <= '0';
                        State <= Wr1;
                    elsif Tick1ms=’1′ then
                        Cntr <= Cntr-1;
                    end if;
                when Wr1 => — Setup
                    if Cycle = 0 then
                        Cycle <= Nhold-1;
                        LT_WR_n <= '1'; -- rising edge (trig write)
                        State <= Wr2;
                    else
                        Cycle <= Cycle-1;
                    end if;
                when Wr2 => — Hold
                    if Cycle = 0 then
                        State <= Done;
                    else
                        Cycle <= Cycle-1;
                    end if;
                when Done =>
                    if Index=Commands’length-1 then — last command has been sent
                        LT_CS_n <= '1'; -- de-select the interface
                        State <= Done; -- deadlock (default)
                    else
                        Index <= Index + 1; -- fecth next vector
                        State <= Done1;
                    end if;
                when Done1 => — compensate double pipeline
                    State <= GetCmd;
            end case;
        end if;
    end process state_machine;
end my_lcdtest;

Ceci est mon premier projet en VHDL, effectué en novembre dernier (désolé, je suis en train de rattraper la documentation des derniers mois 🙂

J’ai d’abord commencé par réussir à amener la clock de 50MHz sur la sortie XCLKIN de la caméra. C’est un simple signal en vhdl :

———————————
— Clock output to the D5M camera
———————————
— library declaration
library IEEE;
use IEEE.std_logic_1164.all;
— entity
entity D5M_clock is
    port ( CLOCK_50 : in std_logic;
        D5M_XCLKIN : out std_logic);
end D5M_clock;
— architecture
architecture myD5M_clock of D5M_clock is
begin
    D5M_XCLKIN <= CLOCK_50; -- put 50Mhz clock on the clock input of the camera
end myD5M_clock;

Ensuite, j’ai fait l’interfaçage avec la sortie du pixel sur le port parallèle :

———————
— Pixel Interfacing
———————
— library declaration
library IEEE;
use IEEE.std_logic_1164.all;
use IEEE.numeric_std.all;
— entity
entity pixel_interface is
    port ( D5M_PIXCLK : in std_logic;
        D5M_LVAL : in std_logic;
        D5M_FVAL : in std_logic;
        –D5M_D0 : in std_logic;
        –D5M_D1 : in std_logic;
        –D5M_D2 : in std_logic;
        –D5M_D3 : in std_logic;
        –D5M_D4 : in std_logic;
        –D5M_D5 : in std_logic;
        D5M_D6 : in std_logic;
        D5M_D7 : in std_logic;
        D5M_D8 : in std_logic;
        D5M_D9 : in std_logic;
        D5M_D10 : in std_logic;
        D5M_D11 : in std_logic;
———————————————
        –pixel : out std_logic_vector(11 downto 0));
        pixel_out : out std_logic_vector(5 downto 0);
        Xpos_out : out unsigned(11 downto 0);
        Ypos_out : out unsigned(10 downto 0));
end pixel_interface;
— architecture
architecture my_pixel_interface of pixel_interface is
    signal Xpos : unsigned(11 downto 0);
    signal Ypos : unsigned(10 downto 0);
    signal newline : std_logic;
begin
    pixel_latch: process(D5M_PIXCLK) — latch pixel data
    begin
        if (falling_edge(D5M_PIXCLK) and (D5M_LVAL = ‘1’) and (D5M_FVAL = ‘1’)) then — read pixel data when it’s valid
            pixel_out <= D5M_D11 & D5M_D10 & D5M_D9 & D5M_D8 & D5M_D7 & D5M_D6;
        end if;
    end process pixel_latch;
    position_counter : process(D5M_FVAL,D5M_LVAL,D5M_PIXCLK)
    begin
        if (D5M_FVAL = ‘0’) then
            Ypos <= to_unsigned(-1, Ypos'length); -- -1 to start the first count at 0
        elsif (D5M_LVAL = ‘0’) then
            Xpos <= to_unsigned(-1, Xpos'length); -- Reset Xpos counter (-1 to start the first count at 0)
            newline <= '1';
        elsif (falling_edge(D5M_PIXCLK)) then — When a new valid pixel is read
            if (newline = ‘1’) then — Increment Ypos count only once a new line
                Ypos <= Ypos + 1;
                newline <= '0';
            end if;
            Xpos <= Xpos + 1; -- Increment Xpos count
        end if;
    end process position_counter;
    Xpos_out <= Xpos; -- Final output assignement
    Ypos_out <= Ypos;
end my_pixel_interface;

Dans l’architecture, il y a deux process : pixel_latch et position_counter. Pixel_latch est une latch qui permet de lire le port parallèle au bon moment, lorsque la PIXCLOCK est en falling edge (la D5M écrit le pixel sur le port en rising edge) et le met dans un vecteur pixel_out. Position_counter permet de se synchroniser sur les autres sorties de la caméra, soit FVAL (frame valid) et LVAL (line valid) afin de compter les pixels et de savoir la position du pixel actuel en x et en y sur l’image, afin de bien pouvoir reconstruire celle-ci ultérieurement. Le -1 est reconverti en unsigned comme étant la valeur maximale du compteur (2^11-1 pour Xpos et 2^10-1 pour Ypos, ici présent), permettant que la première valeur de position soit 0,0 et non pas 1. Le compteur est incrémenté tant et aussi longtemps que FVAL et LVAL sont à l’état haut. Un signal newline est produit pour compter les lignes (Ypos). La programmation de cette architecture m’a permis de mieux comprendre la différence entre les conditions en programmation classique et celles dans un process de vhdl : il ne peut y avoir qu’une clock que l’on traite, tous les signaux doivent avoir des états définis peu importe ce qu’il se passe, même si on ne s’en sert pas. Bref, la base de la pensée sous-jacente à la conception matérielle des circuits logiques.

Finalement, un dernier composant permet de choisir un seul pixel de l’image et l’afficher sur les DELs de la carte, pour voir si tout fonctionne bien :

—————————-
— Pixel selection to output
—————————-
— library declaration
library IEEE;
use IEEE.std_logic_1164.all;
use IEEE.numeric_std.all;
— entity
entity pixel_selection is
    port ( pixel_in : in std_logic_vector(5 downto 0);
        Xpos_in : in unsigned(11 downto 0);
        Ypos_in : in unsigned(10 downto 0);
———————————————
        POUT0 : out std_logic;
        POUT1 : out std_logic;
        POUT2 : out std_logic;
        POUT3 : out std_logic;
        POUT4 : out std_logic;
        POUT5 : out std_logic);
end pixel_selection;
— architecture
architecture my_pixel_selection of pixel_selection is
begin
    pixsel : process(Xpos_in,Ypos_in)
    begin
        if ((Xpos_in = 1296) and (Ypos_in = 972)) then
            POUT0 <= pixel_in(0);
            POUT1 <= pixel_in(1);
            POUT2 <= pixel_in(2);
            POUT3 <= pixel_in(3);
            POUT4 <= pixel_in(4);
            POUT5 <= pixel_in(5);
        end if;
    end process pixsel;
end my_pixel_selection;

C’était avant que je ne comprenne qu’on pouvait directement mapper les vecteurs dans le pin map, sans avoir besoin d’expliciter chaque bit comme dans le code ci-haut. Mais pour la compréhension de ce qu’il se passe, c’est bien de commencer comme ça : le LSB est relié à la DEL0, etc jusqu’à la DEL5. J’aurais pu utiliser les 8 DELs, mais de toute manière, mon but était de l’interfacer avec un écran en RGB16bit, ce qui a été fait (prochain article! 😉