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1 实验任务

基于14.1，相较于16.1，使用自定义IP核vid_gen_motion替换Xilinx TPG IP核。

2 系统框图

基于14.1，添加自定义IP核vid_gen_motion作为视频源，通过Video In to AXI4-Stream IP核转换后，连接到VDMA的写通道，如下图所示：

3 硬件设计

3.1 IP核配置

1. 配置VDMA IP核
   • （1）Basic页面
     • 1）Frame Buffers：选择默认值3，即缓存3帧图像数据
     • 2）Enable Write Channel：勾选，使能写通道
     • 3）Write Burst Size：选择256，最大化传输效率
     • 4）Line Buffer Depth：选择2048，图像分辨率为1920x1080，能够缓存一行像素数据
       
   • （2）Advanced页面
     • 1）保持默认值，采用动态同步锁相模式，写通道为主，读通道为从
       
2. 配置Video In to AXI4-Stream IP核
   • （1）Clock Mode：点选Independent
   • （2）其他保持默认
     
3. 配置VTC IP核
   • （1）Include AXI4-Lite Interface：不勾选
   • （2）Enable Generation：不勾选
   • （3）Detection Options：保持默认
     
4. 封装自定义IP核vid_gen_motion并添加，无需配置，默认输出1080p视频。

3.2 注意事项

为各个接口自动连线：必须手动指定主从接口和互联模块的时钟

1. 为VDMA的M_AXI_S2MM接口连线：从接口是PS的S_AXI_HP0接口
   
2. 将Video In to AXI4-Stream和VDMA连接起来，为s_axis_s2mm_aclk和aclk时钟连线（选择PS输出的FCLK_CLK1时钟）
   
3. 将Video In to AXI4-Stream和VTC连接起来，为VTC的clk时钟连线（选择Clocking Wizard输出的clk_out1时钟，即视频时钟）
   
4. 将vid_gen_motion和Video In to AXI4-Stream连接起来，为clk和vid_io_in_clk时钟连线（选择Clocking Wizard输出的clk_out1时钟，即视频时钟）
   

3.3 自定义IP核源码

`timescale 1ns / 1psmodule vid_gen_motion (input     wire         clk,input     wire         clken,input     wire         rstn,output    wire         o_vid_vsync,output    wire         o_vid_vblank,output    wire         o_vid_hsync,output    wire         o_vid_hblank,output    wire         o_vid_active,output    wire [23:0] o_vid_data
);
//***********************************************************************************************
// Constant Functions
//***********************************************************************************************//***********************************************************************************************
// Parameter Definitions
//***********************************************************************************************
// 1080p详细时序参数 (按照SMPTE 274M标准)
// 水平时序
parameter H_ACTIVE  = 1920;  // 有效视频像素数
parameter H_LEFT    = 0;     // 左侧黑边
parameter H_RIGHT   = 0;     // 右侧黑边
parameter H_FP      = 88;    // 行前沿(Front Porch)
parameter H_SYNC    = 44;    // 行同步脉冲
parameter H_BP      = 148;   // 行后沿(Back Porch)
parameter H_TOTAL   = H_LEFT + H_ACTIVE + H_RIGHT + H_FP + H_SYNC + H_BP; // 2200// 垂直时序
parameter V_ACTIVE  = 1080;  // 有效视频行数
parameter V_TOP     = 0;     // 顶部黑边
parameter V_BOTTOM  = 0;     // 底部黑边
parameter V_FP      = 4;     // 场前沿(Front Porch)
parameter V_SYNC    = 5;     // 场同步脉冲
parameter V_BP      = 36;    // 场后沿(Back Porch)
parameter V_TOTAL   = V_TOP + V_ACTIVE + V_BOTTOM + V_FP + V_SYNC + V_BP; // 1125// 方块参数
parameter SQUARE_SIZE = 20;
parameter SQUARE_SPEED = 1;// 关键边界定义 (保留完整边框参数)
// 水平方向 (严格按您要求的顺序: LEFT -> ACTIVE -> RIGHT -> FP -> SYNC -> BP)
localparam H_SYNC_START   = H_LEFT + H_ACTIVE + H_RIGHT + H_FP;
localparam H_SYNC_END     = H_SYNC_START + H_SYNC;
localparam H_ACTIVE_START = H_LEFT;
localparam H_ACTIVE_END   = H_ACTIVE_START + H_ACTIVE;
localparam H_BLANK_START  = H_LEFT + H_ACTIVE + H_RIGHT;
localparam H_BLANK_END    = H_TOTAL;// 垂直方向 (严格按您要求的顺序: TOP -> ACTIVE -> BOTTOM -> FP -> SYNC -> BP)
localparam V_SYNC_START   = V_TOP + V_ACTIVE + V_BOTTOM + V_FP;
localparam V_SYNC_END     = V_SYNC_START + V_SYNC;
localparam V_ACTIVE_START = V_TOP;
localparam V_ACTIVE_END   = V_ACTIVE_START + V_ACTIVE;
localparam V_BLANK_START  = V_TOP + V_ACTIVE + V_BOTTOM;
localparam V_BLANK_END    = V_TOTAL;
//***********************************************************************************************
// Signal Declarations
//***********************************************************************************************
reg   [15:0]   h_cnt;
reg   [15:0]   v_cnt;reg   [15:0]   square_x;
reg   [15:0]   square_y;reg            x_dir; // 0=右移, 1=左移
reg            y_dir; // 0=下移, 1=上移reg            vid_vsync;
reg            vid_vblank;
reg            vid_hsync;
reg            vid_hblank;
reg            vid_active;
reg   [23:0]   vid_data;
//***********************************************************************************************
// Pipeline Inputs
//***********************************************************************************************//***********************************************************************************************
// Code
//***********************************************************************************************
// 水平计数器
always @(posedge clk or negedge rstn) beginif (!rstn) h_cnt <= 16'd0;else if (clken) begin if (h_cnt < H_TOTAL-1) h_cnt <= h_cnt + 1;else h_cnt <= 16'd0;end      
end// 垂直计数器
always @(posedge clk or negedge rstn) beginif (!rstn) v_cnt <= 16'd0;else if (clken) begin  if (h_cnt == H_TOTAL-1)if (v_cnt < V_TOTAL-1) v_cnt <= v_cnt + 1;else v_cnt <= 16'd0;elsev_cnt <= v_cnt;   end   
end// 方块移动逻辑（反弹模式）
always @(posedge clk or negedge rstn) beginif (!rstn) beginsquare_x <= 16'd0;square_y <= 16'd0;x_dir <= 0;y_dir <= 0;endelse if (clken) beginif (v_cnt == V_TOTAL-1 && h_cnt == H_TOTAL-1) begin// 水平移动if (x_dir == 0) begin // 向右移动if (square_x + SQUARE_SIZE + SQUARE_SPEED <= H_ACTIVE)square_x <= square_x + SQUARE_SPEED;else beginsquare_x <= H_ACTIVE - SQUARE_SIZE; // 贴住右边界x_dir <= 1; // 改为左移endendelse begin // 向左移动if (square_x >= SQUARE_SPEED)square_x <= square_x - SQUARE_SPEED;else beginsquare_x <= 0; // 贴住左边界x_dir <= 0; // 改为右移endend// 垂直移动if (y_dir == 0) begin // 向下移动if (square_y + SQUARE_SIZE + SQUARE_SPEED <= V_ACTIVE)square_y <= square_y + SQUARE_SPEED;else beginsquare_y <= V_ACTIVE - SQUARE_SIZE; // 贴住下边界y_dir <= 1; // 改为上移endendelse begin // 向上移动if (square_y >= SQUARE_SPEED)square_y <= square_y - SQUARE_SPEED;else beginsquare_y <= 0; // 贴住上边界y_dir <= 0; // 改为下移endendendend   
end// 行同步信号生成
always @(posedge clk or negedge rstn) beginif (!rstn) vid_hsync <= 1'b0;else if (clken) begin if (h_cnt >= H_SYNC_START && h_cnt < H_SYNC_END)vid_hsync <= 1'b1;elsevid_hsync <= 1'b0;end      
end// 行消隐信号生成
always @(posedge clk or negedge rstn) beginif (!rstn) vid_hblank <= 1'b0;else if (clken) begin if (h_cnt >= H_BLANK_START && h_cnt < H_BLANK_END)vid_hblank <= 1'b1;elsevid_hblank <= 1'b0;end         
end// 场同步信号生成
always @(posedge clk or negedge rstn) beginif (!rstn) vid_vsync <= 1'b0;else if (clken) begin if (v_cnt >= V_SYNC_START && v_cnt < V_SYNC_END)vid_vsync <= 1'b1;elsevid_vsync <= 1'b0;end
end// 场消隐信号生成
always @(posedge clk or negedge rstn) beginif (!rstn) vid_vblank <= 1'b0;else if (clken) begin if (v_cnt >= V_BLANK_START && v_cnt < V_BLANK_END)vid_vblank <= 1'b1;elsevid_vblank <= 1'b0;end      
end// 数据有效信号生成
always @(posedge clk or negedge rstn) beginif (!rstn) vid_active <= 1'b0;else if (clken) begin if (h_cnt >= H_ACTIVE_START && h_cnt < H_ACTIVE_END &&v_cnt >= V_ACTIVE_START && v_cnt < V_ACTIVE_END)vid_active <= 1'b1;elsevid_active <= 1'b0;end         
end// 视频数据生成
always @(posedge clk or negedge rstn) beginif (!rstn) beginvid_data <= 24'hFFFFFF; // 默认白色背景endelse if (clken) begin if (h_cnt >= H_ACTIVE_START && h_cnt < H_ACTIVE_END &&v_cnt >= V_ACTIVE_START && v_cnt < V_ACTIVE_END)// 检查当前像素是否在方块区域内if (h_cnt >= square_x && h_cnt < square_x + SQUARE_SIZE &&v_cnt >= square_y && v_cnt < square_y + SQUARE_SIZE)vid_data <= 24'h000000; // 黑色方块elsevid_data <= 24'hFFFFFF; // 白色背景else beginvid_data <= 24'd0; // 消隐区输出0end   end
end
//***********************************************************************************************
// Outputs
//***********************************************************************************************
assign o_vid_vsync  = vid_vsync;
assign o_vid_vblank = vid_vblank;
assign o_vid_hsync  = vid_hsync;
assign o_vid_hblank = vid_hblank;
assign o_vid_active = vid_active;
assign o_vid_data   = vid_data;endmodule