1. 概述
本设计采用FPGA技术，将CMOS摄像头(MIPI接口)的视频数据经过采集、存储、帧率转换及格式转换，最终通过HDMI接口显示在电视屏幕上。
2. 硬件系统框图
CMOS采用300万像素的摄像头芯片，其他部分可参考博文“FPGA设计——CMOS摄像与HDMI显示(DVP版)”。
3. FPGA逻辑框图
FPGA各部分逻辑模块如下图所示：
MIPI DECODE，解析MIPI串口数据；
I2C Master，配置CMOS芯片；
DDR2 Control，配置与控制DDR2芯片组，实现读写仲裁；
FIFO Write，将采集到的视频数据跨时钟域地写进DDR2中；
FIFO Read，将DDR2中的数据跨时钟域地读出给后续图像处理模块；
Frame Buffer，负责FIFO Write和FIFO Read的调度，实现帧率转换；
RAW to RGB，将原始RAW8数据转换成RGB888数据；
RGB to YUV，将RGB888数据转换成YUV422数据；
HDMI TX，将处理好的视频数据发送给HDMI PHY芯片，同时通过I2C接口配置HDMI PHY芯片。
4. MIPI解码模块
这里以4-lan 10bit模式为例，介绍MIPI解码模块设计。
DDIO，负责将DDR模式的时钟和数据转换成单边沿的数据与时钟(上升沿)；
Serial to Parallel，将串行数据转换成并行数据(8比特)；
8bit to 10bit，负责解析出10bit模式的4通道数据；
DVP Generate，生成DVP格式的视频流。
下面再介绍一下8bit到10bit的原理，关于更多的MIPI原理可参考博文"海思Hi3516A(2)MIPI"：
在数据传输时，以通道1->通道2->通道3->通道4->通道1...为循环传输8bit数据，每5个8比特数据组成4个10比特数据，第1->第4个8比特数据为4个10比特数据的高8位，第5个8比特数据为4个10比特数据的低2位的从高到低的拼接。
5. CMOS配置
将摄像头芯片配置成2048*1536分辨率25帧的视频输出，参考寄存器配置如下：
module i2c_cfg_par(
input clk,
input [07:0] lut_index,
output reg [23:0] lut_data
);
always @(*)
begin
case(lut_index)
//sc3035 setting
'd0 : lut_data <= 'h0103_01;// soft reset
'd1 : lut_data <= 'h0100_00;
'd2 : lut_data <= 'h4500_31; // rnc sel
'd3 : lut_data <= 'h3416_11;
'd4 : lut_data <= 'h4501_a4; // bit ctrl
'd5 : lut_data <= 'h3e03_03; // aec
'd6 : lut_data <= 'h3e08_00;
'd7 : lut_data <= 'h3e09_1f;
'd8 : lut_data <= 'h3e01_30;
'd9 : lut_data <= 'h322e_00;
'd10 : lut_data <= 'h322f_af;
'd11 : lut_data <= 'h3306_20;
'd12 : lut_data <= 'h3307_17;
'd13 : lut_data <= 'h330b_54;
'd14 : lut_data <= 'h3303_20;
'd15 : lut_data <= 'h3309_20;
'd16 : lut_data <= 'h3308_08;
'd17 : lut_data <= 'h331e_16;
'd18 : lut_data <= 'h331f_16;
'd19 : lut_data <= 'h3320_18;
'd20 : lut_data <= 'h3321_18;
'd21 : lut_data <= 'h3322_18;
'd22 : lut_data <= 'h3323_18;
'd23 : lut_data <= 'h330c_0b;
'd24 : lut_data <= 'h330f_07;
'd25 : lut_data <= 'h3310_42;
'd26 : lut_data <= 'h3324_07;
'd27 : lut_data <= 'h3325_07;
'd28 : lut_data <= 'h335b_ca;
'd29 : lut_data <= 'h335e_07;
'd30 : lut_data <= 'h335f_10;
'd31 : lut_data <= 'h3334_00;
'd32 : lut_data <= 'h3F01_04;
'd33 : lut_data <= 'h3F04_01;
'd34 : lut_data <= 'h3F05_30;
'd35 : lut_data <= 'h3626_01;
'd36 : lut_data <= 'h3635_60;
'd37 : lut_data <= 'h3631_84;
'd38 : lut_data <= 'h3636_8d; //0607
'd39 : lut_data <= 'h3633_3f;
'd40 : lut_data <= 'h3639_80;
'd41 : lut_data <= 'h3622_1e;
'd42 : lut_data <= 'h3627_02;
'd43 : lut_data <= 'h3038_a4;
'd44 : lut_data <= 'h3621_18;
'd45 : lut_data <= 'h363a_1c;
'd46 : lut_data <= 'h3637_be;
'd47 : lut_data <= 'h3638_85;
'd48 : lut_data <= 'h363c_48; // ramp cur
'd49 : lut_data <= 'h5780_ff; // dpc
'd50 : lut_data <= 'h5781_04;
'd51 : lut_data <= 'h5785_10;
'd52 : lut_data <= 'h301e_e0; // [4] 0:close tempsens
'd53 : lut_data <= 'h3662_82;
'd54 : lut_data <= 'h3d0d_00; // close random code
'd55 : lut_data <= 'h3039_20;
'd56 : lut_data <= 'h303a_35; //74.25M pclk
'd57 : lut_data <= 'h303b_00;
'd58 : lut_data <= 'h3306_46;
'd59 : lut_data <= 'h330b_a0;
'd60 : lut_data <= 'h3038_f8; //pump clk div
'd61 : lut_data <= 'h320c_05; //hts=3000
'd62 : lut_data <= 'h320d_dc;
'd63 : lut_data <= 'h320e_06; //vts=1584
'd64 : lut_data <= 'h320f_30;
'd65 : lut_data <= 'h3202_00; // ystart=48
'd66 : lut_data <= 'h3203_00;
'd67 : lut_data <= 'h3206_06; // yend=1545 1545 rows selected
'd68 : lut_data <= 'h3207_08;
'd69 : lut_data <= 'h3200_01; // xstart= 264
'd70 : lut_data <= 'h3201_08;
'd71 : lut_data <= 'h3204_09; // xend = 2319 2056 cols selected
'd72 : lut_data <= 'h3205_0f;
'd73 : lut_data <= 'h3211_04; // xstart
'd74 : lut_data <= 'h3213_04; // ystart
'd75 : lut_data <= 'h3208_08; //2048x1536
'd76 : lut_data <= 'h3209_00;
'd77 : lut_data <= 'h320a_06;
'd78 : lut_data <= 'h320b_00;
'd79 : lut_data <= 'h3312_06; // sa1 timing
'd80 : lut_data <= 'h3340_04;
'd81 : lut_data <= 'h3341_d2;
'd82 : lut_data <= 'h3342_01;
'd83 : lut_data <= 'h3343_80;
'd84 : lut_data <= 'h335d_2a; // cmp timing
'd85 : lut_data <= 'h3348_04;
'd86 : lut_data <= 'h3349_d2;
'd87 : lut_data <= 'h334a_01;
'd88 : lut_data <= 'h334b_80;
'd89 : lut_data <= 'h3368_03; // auto precharge
'd90 : lut_data <= 'h3369_30;
'd91 : lut_data <= 'h336a_06;
'd92 : lut_data <= 'h336b_30;
'd93 : lut_data <= 'h3367_05;
'd94 : lut_data <= 'h330e_17;
'd95 : lut_data <= 'h3d08_00; // pclk inv
'd96 : lut_data <= 'h303f_82;
'd97 : lut_data <= 'h3c03_28; //fifo sram read position
'd98 : lut_data <= 'h3c00_45; // Dig SRAM reset
'd99 : lut_data <= 'h3c03_02; //anti smear
'd100 : lut_data <= 'h3211_06;
'd101 : lut_data <= 'h3213_06;
'd102 : lut_data <= 'h3620_82;
'd103 : lut_data <= 'h3630_b1; //0x67
'd104 : lut_data <= 'h3635_60; //0x66
'd105 : lut_data <= 'h3630_67;
'd106 : lut_data <= 'h3626_11;
'd107 : lut_data <= 'h363c_88; //fine gain correction
'd108 : lut_data <= 'h3312_00;
'd109 : lut_data <= 'h3333_80;
'd110 : lut_data <= 'h3334_a0;
'd111 : lut_data <= 'h3620_62; //0xd2
'd112 : lut_data <= 'h3300_10;
'd113 : lut_data <= 'h3627_06;
'd114 : lut_data <= 'h3312_06;
'd115 : lut_data <= 'h3340_03;
'd116 : lut_data <= 'h3341_80;
'd117 : lut_data <= 'h3334_20;
'd118 : lut_data <= 'h331e_10;
'd119 : lut_data <= 'h331f_13;
'd120 : lut_data <= 'h3320_18;
'd121 : lut_data <= 'h3321_18;
'd122 : lut_data <= 'h3039_30;
'd123 : lut_data <= 'h303a_2a; //118.8M pclk
'd124 : lut_data <= 'h303b_00;
'd125 : lut_data <= 'h3640_02;
'd126 : lut_data <= 'h3641_01;
'd127 : lut_data <= 'h5000_21;
'd128 : lut_data <= 'h3340_04;
'd129 : lut_data <= 'h3342_02;
'd130 : lut_data <= 'h3343_60;
'd131 : lut_data <= 'h334a_02;
'd132 : lut_data <= 'h334b_60;
'd133 : lut_data <= 'h3306_66;
'd134 : lut_data <= 'h3367_01;
'd135 : lut_data <= 'h330b_ff;
'd136 : lut_data <= 'h3300_20;
'd137 : lut_data <= 'h331f_10;
'd138 : lut_data <= 'h3f05_e0;
'd139 : lut_data <= 'h3635_62;
'd140 : lut_data <= 'h3620_63; //d2
'd141 : lut_data <= 'h3630_67; //a9,
'd142 : lut_data <= 'h3633_3d;
'd143 : lut_data <= 'h3c00_00; //[2]: 0 mipi->fifo
'd144 : lut_data <= 'h303f_02; //[7]: 0 sel pll_pclk
'd145 : lut_data <= 'h3031_0a; //[3:0] 10bit
'd146 : lut_data <= 'h3018_73; //[7:5] sel lane=reg+1
'd147 : lut_data <= 'h3030_14;
'd148 : lut_data <= 'h3039_00;
'd149 : lut_data <= 'h303a_35;
'd150 : lut_data <= 'h303b_02;
'd151 : lut_data <= 'h303c_08;
'd152 : lut_data <= 'h3650_46;
'd153 : lut_data <= 'h3018_7a; //close unused lane
'd154 : lut_data <= 'h3019_f0;
'd155 : lut_data <= 'h3010_e0; //close dvp out
'd156 : lut_data <= 'h300f_ff;
'd157 : lut_data <= 'h300e_0f;
'd158 : lut_data <= 'h3640_00;
'd159 : lut_data <= 'h0100_01;
default : lut_data <= 'h0000;
endcase
end
endmodule
6.MIPI测试波形
用示波器两探头测得一路通道的差分波形，符合MIPI CSI电气规范。
7. 显示结果
HDMI正常显示，颜色显示正常。
