ZYNQ笔记（十八）：VDMA VGA彩条显示
版本：Vivado2020.2（Vitis）
任务：以 VDAM IP 为核心实现 VGA 彩条图像显示
（PS 端写入彩条数据到 DDR 通过 VDMA 读取出来输出给 VGA 进行显示）
目录
一、介绍
（1）AXI4-Stream Video 协议
（2）VDMA
2.1 VDMA 对比 DMA
2.2 VDMA 概述
2.3 VDMA 同步锁相（Genlock）
（3）AXI4-Stream to Video Out
（4）Video Timing Controller
二、硬件设计
（1）ZYNQ 配置
（2）VDMA 配置
（3）Video Out 配置
（4）VTC 配置
（5）RGB888 to 444
（6）连线
三、软件设计
（1）导入 vdma_api.c 文件
（2）main.c
四、效果
（1）VGA 彩条
（2）ILA 抓取波形
一、介绍
（1）AXI4-Stream Video 协议
AXI4-Stream Video（AXI4-Stream Video Protocol）是 ARM AMBA AXI4-Stream协议的扩展，专为视频数据流设计，用于高效传输像素数据，并携带视频时序信息（如帧同步、行同步）。VDMA 的 Stream 流数据就是以该协议传输视频图像数据。
| Video 端口 | 对应 AXI4-Stream端口 | 方向 | 描述 |
|---|---|---|---|
| DATA | TDATA | 主→从 | 视频数据（如RGB/YUV像素，宽度可配置） |
| VALID | TVALID | 主→从 | 主设备数据有效标志 |
| READY | TREADY | 从→主 | 从设备准备接收数据 |
| SOF (start of frame) | TUSER | 主→从 | 标记一帧数据的开始（帧同步） |
| EOL (end of line) | TLAST | 主→从 | 标记一行数据的结束（行同步） |
时序图如图所示：仅当 VALID=1 且 READY=1 时，DATA 在 ACLK 上升沿被采样。否则主设备需保持 DATA 直到从设备就绪。
（2）VDMA
VDMA（Video Direct Memory Access） 是专为视频数据流优化的DMA控制器，主要用于高效搬运摄像头、显示器等产生的二维帧数据。
2.1 VDMA 对比 DMA
| VDMA | DMA | |
|---|---|---|
| 设计目标 | 视频流（如摄像头、显示器） | 通用数据搬运（内存、外设间） |
| 同步信号 | 支持 VSYNC/HSYNC（帧/行同步） | 无同步信号，依赖中断或硬件触发 |
| 地址管理 | 多帧缓冲（双/三缓冲），自动切换 | 单次线性地址递增 |
| 配置复杂度 | 需设分辨率、行跨度（stride）、帧存 | 只需源/目标地址、传输长度 |
| 硬件资源 | 较多 | 较少 |
2.2 VDMA 概述
2.3 VDMA 同步锁相（Genlock）
本例只显示彩条图像，即只用一直显示一帧，没有用到这同步锁相，所以后面帧缓存配置的为1。但在用 VDMA 设计视频图像采集系统时，这一部分尤为重要。
VDMA 的同步锁相机制是确保视频数据流稳定传输的核心技术，主要用于解决视频源（如摄像头）与处理系统（如FPGA）之间的时钟域差异和帧同步对齐问题。也可以理解为实现了图像帧缓存功能，防止最后视频图像出现撕裂等等问题。其核心原理如下（摘自正点原子开发指南）：
（3）AXI4-Stream to Video Out
（3、4）可参考：ZYNQ-Video out IP和Video Timing Controller IP简介
AXI4-Stream to Video Out 是一个硬件模块，用于将 AXI4-Stream 视频数据流 转换为 标准的视频输出信号（如 HDMI、DisplayPort 或 LCD 屏的并行 RGB 接口），主要完成以下功能：
| 功能 | 说明 |
|---|---|
| 数据流转换 | 将 AXI4-Stream (Video) 协议（基于 TDATA、TVALID、TREADY 握手）转换为视频时序信号（VSYNC、HSYNC、DE、像素数据）。支持常见像素格式（如 RGB888、YUV422） |
| 时序输出 | 输入 VTC 时序信号，同视频数据输出标准的视频同步信号（VSYNC、HSYNC） |
| 数据缓冲与同步 | 使用 FIFO 或行缓冲 解决 AXI4-Stream 数据流与视频输出时钟域的差异（跨时钟域处理）。确保数据稳定输出，避免撕裂 |
Video Out 需要搭配 Video Timing Controller IP核（VTC）使用，vtg_ce 端口为 VTC 的时钟使能信号。
（4）Video Timing Controller
Video Timing Controller IP（VTC）是一个通用视频时序信号发生器和检测器。所有的视频系统都需要视频时序信号的管理，这些信号用于同步传输进程。VTC IP 核的功能是检测和产生这些时序信号。在该 IP 的输入端，自动检测水平和垂直同步脉冲，极性，消隐时间和活动视频像素相关时序参数；在输出端口，它产生水平和垂直消隐和同步脉冲使用的标准视频系统，包括支持可编程脉冲极性。可以通过 AXI4-Lite 接口动态配置 Video Timing Controller。
该 IP 通常与 Video in to AXI4-Stream IP 一起用于检测传入视频数据的格式和时序信息，或与AXI4-Stream to Video out IP 一起用于为视频输出设备(如视频监视器)生成输出视频时间。
二、硬件设计
整体系统框图：
（1）ZYNQ 配置
PS 通过 GP 接口控制 VDMA，而 VDAM 使用 HP 接口与 PS 进行数据交互，所以配置 ZYNQ 时需要使用一个 GP（Master接口）和一个 HP 接口。
此外还使用到了PL时钟（100MHz）、复位、UART。
（2）VDMA 配置
针对彩条实验，只需要显示一帧彩条图像即可，所以帧缓存一帧即可，写数据通道不使用，以下表格列出了详细配置：
| 配置界面 | 参数名称 | 设置值/选项 | 说明 |
|---|---|---|---|
| Basic | Address Width | 32（默认） | 内存地址宽度 |
| Frame Buffers | 1 | 仅需 1 个帧缓存（彩条数据只需写入一次） | |
| Enable Read Channel | ✔️（启用） | 实验从 DDR3 读取数据，需启用读通道。 | |
| Enable Write Channel | ✖️（禁用） | 无需写入数据。 | |
| Memory Map Data Width | 64（默认） | AXI4 数据总线宽度，64 位可满足带宽需求。 | |
| Read Burst Size | 64 | 突发读取大小（范围 2~256 字节），64 平衡效率和延迟。 | |
| Stream Data Width | 24 | AXI4-Stream 数据宽度，RGB888 格式需 24 位 | |
| Line Buffer Depth | 2048 | 行缓冲深度，需结合分辨率调整，确保行缓冲能容纳一行像素数据（这里支持一行2048个像素） | |
| Advanced | GenLock Mode | 保持默认 | 本例单帧缓存+单通道，无需同步锁相配置。 |
（3）Video Out 配置
| 参数名称 | 设置值/选项 | 说明 |
|---|---|---|
| Pixels Per Clock | 1 | 每时钟周期处理的像素数（自动根据分辨率适配）。 |
| Video Format | RGB | 本例采用RGB888格式，选RGB格式数据 |
| AXI4S Video Input Component Width | 8 (每通道) | AXI4-Stream 输入视频分量位宽（R/G/B各8位，共24位） |
| Native Video Output Component Width | 8 (每通道) | 输出视频分量的位宽（R/G/B各8位，总计24位） |
| FIFO Depth | 1024 | 异步 FIFO 深度（影响跨时钟域稳定性，值越大稳定能力越强） |
| Clock Mode | Independent | 输入（AXI4S）和输出（Video）时钟独立（V_TC IP提供时钟） |
| Timing Mode | Slave | - Slave（推荐）：从外部输入同步信号（如VSYNC/HSYNC）。 - Master：内部生成同步信号。 |
| Hysteresis Level | 12 | FIFO 读写的滞后等级（保持默认12 个数据） |
各端口含义可参考：AXI4-Stream to Video Out模块配置（懒人版）
（4）VTC 配置
各端口含义可参考：Vivado VTC(video-timing-controller)模块配置（懒人版）
第一栏配置如下：
| 参数名称 | 设置值/选项 | 说明 |
|---|---|---|
| AXl4-Lite Interface | 禁用 | 不需要动态配置参数，本例用一个视频时序标准 |
| Max Clocks Per Line | 2048 | 一行最大时钟周期（根据分辨率设置，大于列数） |
| Max Lines Per Frame | 2048 | 一列最大行数（根据分辨率设置，大于行数） |
| Frame Syncs | 1 | 帧同步（保持默认） |
| Enable Generation | 启用 | 启用时序生成，输出的端口保持默认 |
| Enable Detection | 禁用 | 禁用时序检测，本例不需要 |
第二栏配置时序参数，这里选择 Custom 自定义时序参数，参数设置参考：vivado中的Video timing controller IP核参数计算方法 、 Verilog：VGA控制器 、 Video Beginner Series 16: Understanding Video Timing with the VTC IP。
本次选用 1280×720 @ 60Hz（720p），时序标准如图所示，这个表直接给出了所有参数，不过所有参数都是根据基本参数计算得到的:
水平方向 (H)：
| 参数 | 值 | 说明 |
|---|---|---|
| Active Size | 1280 | 像素数据有效区间，直接填入。 |
| Frame Size | 1650 | 即 Total Time ：Active Size + Front Porch + Hsync Time + Back Porch （1280 + 110 + 40 + 220） |
| Sync Start | 1390 | Active Size + Front Porch（1280 + 110） |
| Sync End | 1430 | Active Size + Front Porch + Hsync Time（1280 + 110 + 40） |
垂直方向 (V）：
| 参数 | 值 | 说明 |
|---|---|---|
| Active Size | 720 | 行数据有效区间，直接填入。 |
| Frame Size | 750 | 即 Total Time ：Active Size + Front Porch + Hsync Time + Back Porch （720 + 5 + 5 + 20） |
| Sync Start | 725 | Active Size + Front Porch（720 + 5） |
| Sync End | 730 | Active Size + Front Porch + Hsync Time（720 + 5 + 5） |
最下面的调整参数一般用不到，直接给0，此外行场同步信号（hsync、vsync）极性为负（在同步信号的“有效期”内拉高，一般VGA显示器是负极性，LCD为正极性），最终配置如图所示：
（5）RGB888 to 444
我的 ZYNQ 板卡的 VGA 接口只支持 RGB444格式，所以要将 888 格式数据每一个颜色分量截取高4位输出即可，写一个组合逻辑实现的模块，再添加到BD设计中即可：
`timescale 1ns / 1ps
module RGB888_to_444(input wire [23:0] RGB888, // 24位RGB888输入 (R[23:16], G[15:8], B[7:0])output wire [11:0] RGB444 // 12位RGB444输出 (R[11:8], G[7:4], B[3:0])
);// 截取RGB888各通道的高4位，组合成RGB444assign RGB444 = {RGB888[23:20], RGB888[15:12], RGB888[7:4]};
endmodule
（6）连线
1. Video Out 的 vtg_ce 端口连接到 VTC 的genclk_en 端口。
2. VDMA 的 M AXIS MM2S 接口连接到 Video Out 的 video_in 接口。
3. VTC 的 vtiming_out 接口连接到 Video Out 的 vtiming_in 接口。
4. 添加一个锁相环给 VTC 产生对应的像素时钟（74.250MHz），同时给到 Video Out 视频时钟输入。输入时钟是 ZYNQ PS 端的 100MHz 时钟输出。
5. 将 Video Out 输出的 RGB888 数据端口接到 RGB888_to_444 模块的输入端口，再将 RGB888_to_444 输出端口即为 VGA接口的数据端口。 Video Out 的 H、V 同步信号输出端口为 VGA 接口的同步信号端口。
到此，主要的IP就全部配置好了，上述关键的信号端口连接情况如图所示：
运行自动连接，（多添加了一个 ILA 用于抓取视频信号波形）最终整体 bd 设计部分如图所示：设计检查、Generate Output Products、 Create HDL Wrapper、管脚约束、Gnerate Bitstream、Export Hardware（包含比特流文件）、启动Vitis
三、软件设计
（1）导入 vdma_api.c 文件
导入 Xilinx 官方的 axi_vdma 的工程模板，选择 vdma 的示例，这里面提供了一个 vdma_api.c 文件，包含本次启动配置VDMA的 “run_triple_frame_buffer” 函数，直接套用里面的函数就不用自己慢慢写了，快速实现vdma启动和配置。
将模板中的 vdma_api.c 复制到自己工程的src目录下，并新建一个 vdma_api.h 在里面对“run_triple_frame_buffer” 函数以及 vdma_api.c 说包含的头文件进行声明。
官方的 run_triple_frame_buffer 函数是同时打开 VDMA 读写通道 并进行传输的，由于本次试验不需要打开写通道（PS端写入DDR，只需要VDMA读），所以对文件内的函数作了修改（函数名称也作了修改），添加一个形参，通过函数输入的形参来判断是否打开读通道或者写通道。同时也方便后续 VDMA 配置使用。修改后的 vdma_api.c 如下：
/*****************************************************************************/
/*** @file vdma_api.c** This file has high level API to configure and start the VDMA.The file assumes that:* The design has VDMA with both MM2S and S2MM path enable.* The API's has tested with hardware that has tow VDMA and MM2S to S2MM are back* to back connected for each VDMA.** ***************************************************************************/
#define DEBUG_MODE 0/******************** Include files **********************************/
#include "xaxivdma.h"
#include "xparameters.h"
#include "xil_exception.h"
#include "vdma_api.h"/******************** Data structure Declarations *****************************/typedef struct vdma_handle
{/* The device ID of the VDMA */unsigned int device_id;/* The state variable to keep track if the initialization is done*/unsigned int init_done;/** The XAxiVdma driver instance data. */XAxiVdma* InstancePtr;/* The XAxiVdma_DmaSetup structure contains all the necessary information to* start a frame write or read. */XAxiVdma_DmaSetup ReadCfg;XAxiVdma_DmaSetup WriteCfg;/* Horizontal size of frame */unsigned int hsize;/* Vertical size of frame */unsigned int vsize;/* Buffer address from where read and write will be done by VDMA */unsigned int buffer_address;/* Flag to tell VDMA to interrupt on frame completion*/unsigned int enable_frm_cnt_intr;/* The counter to tell VDMA on how many frames the interrupt should happen*/unsigned int number_of_frame_count;
}vdma_handle;/******************** Constant Definitions **********************************//** Device related constants. These need to defined as per the HW system.*/
vdma_handle vdma_context[XPAR_XAXIVDMA_NUM_INSTANCES];
static unsigned int context_init=0;/******************* Function Prototypes ************************************/static int ReadSetup(vdma_handle *vdma_context);
static int WriteSetup(vdma_handle *vdma_context);
static int StartTransfer(XAxiVdma *InstancePtr,vdma_run_mode mode);/*****************************************************************************/
/**
*
* run_vdma_frame_buffer API
*
* This API is the interface between application and other API. When application will call
* this API with right argument, This API will call rest of the API to configure the read
* and write path of VDMA,based on ID. After that it will start both the read and write path
* of VDMA
*
* @param InstancePtr is the handle to XAxiVdma data structure.
* @param DeviceId is the device ID of current VDMA
* @param hsize is the horizontal size of the frame. It will be in Pixels.
* The actual size of frame will be calculated by multiplying this
* with tdata width.
* @param vsize is the Vertical size of the frame.
* @param buf_base_addr is the buffer address where frames will be written
* and read by VDMA.
* @param number_frame_count specifies after how many frames the interrupt
* should come.
* @param enable_frm_cnt_intr is for enabling frame count interrupt
* when set to 1.
* @param select to sets up the read channel,the write channel or both of
* the read and write channel.
* @return
* - XST_SUCCESS if example finishes successfully
* - XST_FAILURE if example fails.
*
******************************************************************************/
int run_vdma_frame_buffer(XAxiVdma* InstancePtr, int DeviceId, int hsize,int vsize, int buf_base_addr, int number_frame_count,int enable_frm_cnt_intr,vdma_run_mode mode)
{int Status,i;XAxiVdma_Config *Config;XAxiVdma_FrameCounter FrameCfgPtr;/* This is one time initialization of state machine context.* In first call it will be done for all VDMA instances in the system.*/if(context_init==0) {for(i=0; i < XPAR_XAXIVDMA_NUM_INSTANCES; i++) {vdma_context[i].InstancePtr = NULL;vdma_context[i].device_id = -1;vdma_context[i].hsize = 0;vdma_context[i].vsize = 0;vdma_context[i].init_done = 0;vdma_context[i].buffer_address = 0;vdma_context[i].enable_frm_cnt_intr = 0;vdma_context[i].number_of_frame_count = 0;}context_init = 1;}/* The below initialization will happen for each VDMA. The API argument* will be stored in internal data structure*//* The information of the XAxiVdma_Config comes from hardware build.* The user IP should pass this information to the AXI DMA core.*/Config = XAxiVdma_LookupConfig(DeviceId);if (!Config) {xil_printf("No video DMA found for ID %d\r\n",DeviceId );return XST_FAILURE;}if(vdma_context[DeviceId].init_done ==0) {vdma_context[DeviceId].InstancePtr = InstancePtr;/* Initialize DMA engine */Status = XAxiVdma_CfgInitialize(vdma_context[DeviceId].InstancePtr,Config, Config->BaseAddress);if (Status != XST_SUCCESS) {xil_printf("Configuration Initialization failed %d\r\n",Status);return XST_FAILURE;}vdma_context[DeviceId].init_done = 1;}vdma_context[DeviceId].device_id = DeviceId;vdma_context[DeviceId].vsize = vsize;vdma_context[DeviceId].buffer_address = buf_base_addr;vdma_context[DeviceId].enable_frm_cnt_intr = enable_frm_cnt_intr;vdma_context[DeviceId].number_of_frame_count = number_frame_count;vdma_context[DeviceId].hsize = hsize * (Config->Mm2SStreamWidth>>3);/* Setup the write channel */if ((mode == BOTH) || (mode == ONLY_WRITE)) {Status = WriteSetup(&vdma_context[DeviceId]);if (Status != XST_SUCCESS) {xil_printf("Write channel setup failed %d\r\n", Status);if (Status == XST_VDMA_MISMATCH_ERROR)xil_printf("DMA Mismatch Error\r\n");return XST_FAILURE;}}/* Setup the read channel */if ((mode == BOTH) || (mode == ONLY_READ)) {Status = ReadSetup(&vdma_context[DeviceId]);if (Status != XST_SUCCESS) {xil_printf("Read channel setup failed %d\r\n", Status);if (Status == XST_VDMA_MISMATCH_ERROR)xil_printf("DMA Mismatch Error\r\n");return XST_FAILURE;}}/* The frame counter interrupt is enabled, setting VDMA for same */if(vdma_context[DeviceId].enable_frm_cnt_intr) {FrameCfgPtr.ReadDelayTimerCount = 1;FrameCfgPtr.ReadFrameCount = number_frame_count;FrameCfgPtr.WriteDelayTimerCount = 1;FrameCfgPtr.WriteFrameCount = number_frame_count;XAxiVdma_SetFrameCounter(vdma_context[DeviceId].InstancePtr,&FrameCfgPtr);/* Enable DMA read and write channel interrupts. The configuration for interrupt* controller will be done by application */XAxiVdma_IntrEnable(vdma_context[DeviceId].InstancePtr,XAXIVDMA_IXR_ERROR_MASK |XAXIVDMA_IXR_FRMCNT_MASK,XAXIVDMA_WRITE);XAxiVdma_IntrEnable(vdma_context[DeviceId].InstancePtr,XAXIVDMA_IXR_ERROR_MASK |XAXIVDMA_IXR_FRMCNT_MASK,XAXIVDMA_READ);} else {/* Enable DMA read and write channel interrupts. The configuration for interrupt* controller will be done by application */XAxiVdma_IntrEnable(vdma_context[DeviceId].InstancePtr,XAXIVDMA_IXR_ERROR_MASK,XAXIVDMA_WRITE);XAxiVdma_IntrEnable(vdma_context[DeviceId].InstancePtr,XAXIVDMA_IXR_ERROR_MASK ,XAXIVDMA_READ);}/* Start the DMA engine to transfer */Status = StartTransfer(vdma_context[DeviceId].InstancePtr,mode);if (Status != XST_SUCCESS) {if(Status == XST_VDMA_MISMATCH_ERROR)xil_printf("DMA Mismatch Error\r\n");return XST_FAILURE;}
#if DEBUG_MODExil_printf("Code is in Debug mode, Make sure that buffer addresses are at valid memory \r\n");xil_printf("In triple mode, there has to be six consecutive buffers for Debug mode \r\n");{u32 pixels,j,Addr = vdma_context[DeviceId].buffer_address;u8 *dst,*src;u32 total_pixel = vdma_context[DeviceId].WriteCfg.Stride * vdma_context[DeviceId].vsize;src = (unsigned char *)Addr;dst = (unsigned char *)Addr + (total_pixel * vdma_context->InstancePtr->MaxNumFrames);for(j=0;j<vdma_context->InstancePtr->MaxNumFrames;j++) {for(pixels=0;pixels<total_pixel;pixels++) {if(src[pixels] != dst[pixels]) {xil_printf("VDMA transfer failed: SRC=0x%x, DST=0x%x\r\n",src[pixels],dst[pixels]);exit(-1);}}src = src + total_pixel;dst = dst + total_pixel;}}xil_printf("VDMA transfer is happening and checked for 3 frames \r\n");
#endifreturn XST_SUCCESS;
}/*****************************************************************************/
/**
*
* This function sets up the read channel
*
* @param vdma_context is the context pointer to the VDMA engine.
*
* @return XST_SUCCESS if the setup is successful, XST_FAILURE otherwise.
*
* @note None.
*
******************************************************************************/
static int ReadSetup(vdma_handle *vdma_context)
{int Index;u32 Addr;int Status;vdma_context->ReadCfg.VertSizeInput = vdma_context->vsize;vdma_context->ReadCfg.HoriSizeInput = vdma_context->hsize;vdma_context->ReadCfg.Stride = vdma_context->hsize;vdma_context->ReadCfg.FrameDelay = 0; /* This example does not test frame delay */vdma_context->ReadCfg.EnableCircularBuf = 1;vdma_context->ReadCfg.EnableSync = 1; /* Gen-Lock */vdma_context->ReadCfg.PointNum = 0;vdma_context->ReadCfg.EnableFrameCounter = 0; /* Endless transfers */vdma_context->ReadCfg.FixedFrameStoreAddr = 0; /* We are not doing parking *//* Configure the VDMA is per fixed configuration, This configuration is being used by majority* of customer. Expert users can play around with this if they have different configurations */Status = XAxiVdma_DmaConfig(vdma_context->InstancePtr, XAXIVDMA_READ, &vdma_context->ReadCfg);if (Status != XST_SUCCESS) {xil_printf("Read channel config failed %d\r\n", Status);return XST_FAILURE;}/* Initialize buffer addresses** These addresses are physical addresses*/Addr = vdma_context->buffer_address;for(Index = 0; Index < vdma_context->InstancePtr->MaxNumFrames; Index++) {vdma_context->ReadCfg.FrameStoreStartAddr[Index] = Addr;/* Initializing the buffer in case of Debug mode */#if DEBUG_MODE{u32 i;u8 *src;u32 total_pixel = vdma_context->ReadCfg.Stride * vdma_context->vsize;src = (unsigned char *)Addr;xil_printf("Read Buffer %d address: 0x%x \r\n",Index,Addr);for(i=0;i<total_pixel;i++){src[i] = i & 0xFF;}}
#endifAddr += vdma_context->hsize * vdma_context->vsize;}/* Set the buffer addresses for transfer in the DMA engine* The buffer addresses are physical addresses*/Status = XAxiVdma_DmaSetBufferAddr(vdma_context->InstancePtr, XAXIVDMA_READ,vdma_context->ReadCfg.FrameStoreStartAddr);if (Status != XST_SUCCESS) {xil_printf("Read channel set buffer address failed %d\r\n", Status);return XST_FAILURE;}return XST_SUCCESS;
}/*****************************************************************************/
/**
*
* This function sets up the write channel
*
* @param dma_context is the context pointer to the VDMA engine..
*
* @return XST_SUCCESS if the setup is successful, XST_FAILURE otherwise.
*
* @note None.
*
******************************************************************************/
static int WriteSetup(vdma_handle *vdma_context)
{int Index;u32 Addr;int Status;vdma_context->WriteCfg.VertSizeInput = vdma_context->vsize;vdma_context->WriteCfg.HoriSizeInput = vdma_context->hsize;vdma_context->WriteCfg.Stride = vdma_context->hsize;vdma_context->WriteCfg.FrameDelay = 0; /* This example does not test frame delay */vdma_context->WriteCfg.EnableCircularBuf = 1;vdma_context->WriteCfg.EnableSync = 1; /* Gen-Lock */vdma_context->WriteCfg.PointNum = 0;vdma_context->WriteCfg.EnableFrameCounter = 0; /* Endless transfers */vdma_context->WriteCfg.FixedFrameStoreAddr = 0; /* We are not doing parking *//* Configure the VDMA is per fixed configuration, This configuration* is being used by majority of customers. Expert users can play around* with this if they have different configurations*/Status = XAxiVdma_DmaConfig(vdma_context->InstancePtr, XAXIVDMA_WRITE, &vdma_context->WriteCfg);if (Status != XST_SUCCESS) {xil_printf("Write channel config failed %d\r\n", Status);return Status;}/* Initialize buffer addresses** Use physical addresses*/Addr = vdma_context->buffer_address;/* If Debug mode is enabled write frame is shifted 3 Frames* store ahead to compare read and write frames*/
#if DEBUG_MODEAddr = Addr + vdma_context->InstancePtr->MaxNumFrames * \(vdma_context->WriteCfg.Stride * vdma_context->vsize);
#endiffor(Index = 0; Index < vdma_context->InstancePtr->MaxNumFrames; Index++) {vdma_context->WriteCfg.FrameStoreStartAddr[Index] = Addr;
#if DEBUG_MODExil_printf("Write Buffer %d address: 0x%x \r\n",Index,Addr);
#endifAddr += (vdma_context->hsize * vdma_context->vsize);}/* Set the buffer addresses for transfer in the DMA engine */Status = XAxiVdma_DmaSetBufferAddr(vdma_context->InstancePtr,XAXIVDMA_WRITE,vdma_context->WriteCfg.FrameStoreStartAddr);if (Status != XST_SUCCESS) {xil_printf("Write channel set buffer address failed %d\r\n",Status);return XST_FAILURE;}/* Clear data buffer*/
#if DEBUG_MODEmemset((void *)vdma_context->buffer_address, 0,vdma_context->ReadCfg.Stride * vdma_context->ReadCfg.VertSizeInput * vdma_context->InstancePtr->MaxNumFrames);
#endifreturn XST_SUCCESS;
}/*****************************************************************************/
/**
*
* This function starts the DMA transfers. Since the DMA engine is operating
* in circular buffer mode, video frames will be transferred continuously.
*
* @param InstancePtr points to the DMA engine instance
*
* @return
* - XST_SUCCESS if both read and write start successfully
* - XST_FAILURE if one or both directions cannot be started
*
* @note None.
*
******************************************************************************/
static int StartTransfer(XAxiVdma *InstancePtr,vdma_run_mode mode)
{int Status;if ((mode == BOTH) || (mode == ONLY_WRITE)) {/* Start the write channel of VDMA */Status = XAxiVdma_DmaStart(InstancePtr, XAXIVDMA_WRITE);if (Status != XST_SUCCESS) {xil_printf("Start Write transfer failed %d\r\n", Status);return XST_FAILURE;}}/* Start the Read channel of VDMA */if ((mode == BOTH) || (mode == ONLY_READ)) {Status = XAxiVdma_DmaStart(InstancePtr, XAXIVDMA_READ);if (Status != XST_SUCCESS) {xil_printf("Start read transfer failed %d\r\n", Status);return XST_FAILURE;}}return XST_SUCCESS;
}
所新建的 vdma_api.h 文件如下：
#ifndef VDMA_API_H_
#define VDMA_API_H_/* ------------------------------------------------------------ */
/* Include File Definitions */
/* ------------------------------------------------------------ */#include "xaxivdma.h"
#include "xparameters.h"
#include "xil_exception.h"/* ------------------------------------------------------------ */
/* General Type Declarations */
/* ------------------------------------------------------------ */typedef enum
{ONLY_READ=1, //VDMA只开启读通道ONLY_WRITE, //VDMA只开启写通道BOTH //同时开启VDMA写通道和读通道
}vdma_run_mode;/* ------------------------------------------------------------ */
/* Procedure Declarations */
/* ------------------------------------------------------------ */
int run_vdma_frame_buffer(XAxiVdma* InstancePtr, int DeviceId, int hsize,int vsize, int buf_base_addr, int number_frame_count,int enable_frm_cnt_intr,vdma_run_mode mode);
/* ------------------------------------------------------------ *//************************************************************************/#endif /* VDMA_API_H_ */之后在 main.c 中 #include “vdma_api.h” 使用 “run_triple_frame_buffer” 函数即可
（2）main.c
#include "stdio.h"
#include "xil_printf.h"
#include "xparameters.h"
#include "xil_cache.h"
#include "xaxivdma.h"
#include "vdma_api.h"//======================宏定义======================//#define VDMA_ID XPAR_AXIVDMA_0_DEVICE_ID //VDMA器件ID
#define DDR_BASE_ADDR XPAR_PS7_DDR_0_S_AXI_BASEADDR //DDR的基地址（在xparameters.h或lscript.ld查看）
#define MEM_BASE_ADDR (DDR_BASE_ADDR + 0x01000000) //DDR中存储数据缓存的基地址（确保在堆栈已使用DDR范围之后，lscript.ld查看）
#define IMG_WIDTH 1280 //图像水平宽度
#define IMG_HIGHT 720 //图像垂直高度
#define PIXEL_BYTE 3 //一个像素数据所占字节（RGB888 3字节）//==================函数、变量声明==================//XAxiVdma Vdma; //VDMA驱动实例
u8 *IMG_Buffer = (u8 *)MEM_BASE_ADDR; //定义指针并指向数据存储区（一个1字节）
static void Write_Colorbar(); //向DDR数据缓存区域写数据//======================主函数======================//
int main()
{xil_printf("VDMA VGA Colorbar Test\r\n");//配置并启动VDMA:(本例未使用中断)//(VDMA实例指针，器件ID，图像宽度，图像高度，帧缓存起始地址，中断帧计数(传输多少帧产生中断)，中断使能，读写模式)run_vdma_frame_buffer(&Vdma, VDMA_ID, IMG_WIDTH, IMG_HIGHT, (int)IMG_Buffer, 0, 0, ONLY_READ);//向DDR数据缓存区域写数据（写彩条图像）Write_Colorbar();while(1)return 0;
}//=============向DDR数据缓存区域写数据==============//
void Write_Colorbar()
{u8 RGB_r, RGB_g, RGB_b;int x, y, addr;int segment_width = IMG_WIDTH / 7; // 每种颜色占1/7宽度// 向DDR缓存区域写像素数据（RGB888）for(y = 0; y < IMG_HIGHT; y++) {for(x = 0; x < IMG_WIDTH; x++) {// 根据x坐标确定颜色if(x < segment_width * 1) { // 红色RGB_r = 0xFF; RGB_g = 0x00; RGB_b = 0x00;}else if(x < segment_width * 2) { // 橙色RGB_r = 0xFF; RGB_g = 0x4F; RGB_b = 0x00;}else if(x < segment_width * 3) { // 黄色RGB_r = 0xFF; RGB_g = 0xBF; RGB_b = 0x00;}else if(x < segment_width * 4) { // 绿色RGB_r = 0x00; RGB_g = 0xFF; RGB_b = 0x00;}else if(x < segment_width * 5) { // 青色RGB_r = 0x00; RGB_g = 0xFF; RGB_b = 0xFF;}else if(x < segment_width * 6) { // 蓝色RGB_r = 0x00; RGB_g = 0x00; RGB_b = 0xFF;}else { // 紫色RGB_r = 0x7F; RGB_g = 0x00; RGB_b = 0xFF;}addr = y * (IMG_WIDTH * PIXEL_BYTE) + x * PIXEL_BYTE;IMG_Buffer[addr + 0] = RGB_b; // BIMG_Buffer[addr + 1] = RGB_g; // GIMG_Buffer[addr + 2] = RGB_r; // R}}// 刷新Cache，数据更新至内存Xil_DCacheFlush();xil_printf("Colorbar data ready\r\n");
}
四、效果
（1）VGA 彩条
VGA 显示器上的彩条为 “红橙黄绿青蓝紫” 如图所示：
（2）ILA 抓取波形
数据较多只采样了前半部分，触发条件为Vsync 下降沿，时序参数都与视频时序标准一致。
第一幅图是抓取的整体波形：可以看到 V、H 同步信号都为负极性，在 Vsync 信号同步持续5行，同步后被拉高，经过20行的场后沿区间后开始传输有效视频数据。
第二幅图是放大到一行的波形：在 Hsync 信号同步持续40个像素时钟，同步后被拉高，经过220个像素时钟的行后沿区间后开始传输一行数据（图里忘标像素时钟了，实际数了并确认过），可以看到数据分为七段一次对应彩条数据。
