(原創) 如何將CMOS所擷取的影像傳到PC端? (SOC) (DE2) (TRDB-DC2)

Abstract
DE2提供了Control Panel與Image Converter，可以將CMOS所擷取的影像傳到PC端，

Introduction
版權聲明：文中所有範例皆出自DE2光碟，版權歸友晶科技所有。
使用環境：Quartus II 7.2 SP1 + DE2(Cyclone II EP2C35F627C6) + TRDB_DC2

在友晶提供的DE2_CCD.7z與DE2_CCD_detect.7z範例中，我們可以透過130萬像素的CMOS，將影像擷取到SDRAM中，若我們想將所擷取的影像傳到PC端作後續的處理， 可以透過DE2 Control Panel將SDRAM上的資料下載到PC，並使用Teasic Image Converter轉成bmp格式，所有的步驟在光碟中的TRDB_DC2 User Guide有詳細的說明。

這個方法套用在DE2_CCD.7z範例非常完美，可以擷取正確的影像，但若用相同的方式在DE2_CCD_detect.7z範例，將獲得如以下有問題的bmp影像。

為什麼會這樣子呢?因為DE2_CCD.7z與DE2_CCD_detect.7z兩個範例對於SDRAM使用的方式並不一樣。我們先來看看DE2_CCD.7z，在DE2_CCD.v的456行

 1 Sdram_Control_4Port u6 (
 2   // HOST Side
 3   .REF_CLK(CLOCK_50),
 4   .RESET_N(1'b1),
 5   // FIFO Write Side 1
 6   .WR1_DATA({sCCD_G[9:5], sCCD_B[9:0]}),
 7   .WR1(sCCD_DVAL),
 8   .WR1_ADDR(0),
 9   .WR1_MAX_ADDR(640*512),
10   .WR1_LENGTH(9'h100),
11   .WR1_LOAD(!DLY_RST_0),
12   .WR1_CLK(CCD_PIXCLK),
13   // FIFO Write Side 2
14   .WR2_DATA({sCCD_G[4:0], sCCD_R[9:0]}),
15   .WR2(sCCD_DVAL),
16   .WR2_ADDR(22'h100000),
17   .WR2_MAX_ADDR(22'h100000+640*512),
18   .WR2_LENGTH(9'h100),
19   .WR2_LOAD(!DLY_RST_0),
20   .WR2_CLK(CCD_PIXCLK),
21   // FIFO Read Side 1
22   .RD1_DATA(Read_DATA1),
23   .RD1(Read),
24   .RD1_ADDR(640*16),
25   .RD1_MAX_ADDR(640*496),
26   .RD1_LENGTH(9'h100),
27   .RD1_LOAD(!DLY_RST_0),
28   .RD1_CLK(VGA_CTRL_CLK),
29   // FIFO Read Side 2
30   .RD2_DATA(Read_DATA2),
31   .RD2(Read),
32   .RD2_ADDR(22'h100000+640*16),
33   .RD2_MAX_ADDR(22'h100000+640*496),
34   .RD2_LENGTH(9'h100),
35   .RD2_LOAD(!DLY_RST_0),
36   .RD2_CLK(VGA_CTRL_CLK),
37   // SDRAM Side
38   .SA(DRAM_ADDR),
39   .BA({DRAM_BA_1,DRAM_BA_0}),
40   .CS_N(DRAM_CS_N),
41   .CKE(DRAM_CKE),
42   .RAS_N(DRAM_RAS_N),
43   .CAS_N(DRAM_CAS_N),
44   .WE_N(DRAM_WE_N),
45   .DQ(DRAM_DQ),
46   .DQM({DRAM_UDQM,DRAM_LDQM}),
47   .SDR_CLK(DRAM_CLK)
48 );

顯示了DE2_CCD.7z使用SDRAM的方式為

.WR1_DATA({sCCD_G[9:5], sCCD_B[9:0]}),
.WR2_DATA({sCCD_G[4:0], sCCD_R[9:0]}),

這可以用以下的圖來表示

也就是說，DE2_CCD.7z用了兩個bank來存一個pixel的RGB，第一個bank存了R[9:0]與G[9:5]，第二個bank存了G[4:0]與B[9:0]，所以利用DE2 Control Panel分別抓下兩個bank的資料，再用Image Converter合併成bmp檔。

我們再來看看DE2_CCD_detect.7z如何使用SDRAM。在DE2_CCD_detect.v的450行

 1Sdram_Control_4Port u6 (
 2  // HOST Side
 3  .REF_CLK(CLOCK_50),
 4  .RESET_N(1'b1),
 5  // FIFO Write Side 1
 6  .WR1_DATA({mCCD_R[9:5], mCCD_G[9:5], mCCD_B[9:5]}    ),
 7  .WR1(mCCD_DVAL_d),
 8  .WR1_ADDR(0),
 9  .WR1_MAX_ADDR(640*512*2),
10  .WR1_LENGTH(9'h100),
11  .WR1_LOAD(!DLY_RST_0),
12  .WR1_CLK(CCD_PIXCLK),
13  // FIFO Read Side 1
14  .RD1_DATA(Read_DATA1),
15  .RD1(Read),
16  .RD1_ADDR(640*16),
17  .RD1_MAX_ADDR(640*496),
18  .RD1_LENGTH(9'h100),
19  .RD1_LOAD(!DLY_RST_0),
20  .RD1_CLK(VGA_CTRL_CLK),
21  // FIFO Read Side 2
22  .RD2_DATA(Read_DATA2),
23  .RD2(Read),
24  .RD2_ADDR(640*512+640*16),
25  .RD2_MAX_ADDR(640*512+640*496),
26  .RD2_LENGTH(9'h100),
27  .RD2_LOAD(!DLY_RST_0),
28  .RD2_CLK(VGA_CTRL_CLK),
29  // SDRAM Side
30  .SA(DRAM_ADDR),
31  .BA({DRAM_BA_1,DRAM_BA_0}),
32  .CS_N(DRAM_CS_N),
33  .CKE(DRAM_CKE),
34  .RAS_N(DRAM_RAS_N),
35  .CAS_N(DRAM_CAS_N),
36  .WE_N(DRAM_WE_N),
37  .DQ(DRAM_DQ),
38  .DQM({DRAM_UDQM,DRAM_LDQM}),
39  .SDR_CLK(DRAM_CLK)
40);

顯示了DE2_CCD_detect.7z使用SDRAM的方式為

.WR1_DATA({mCCD_R[9:5], mCCD_G[9:5], mCCD_B[9:5]}),

若用圖表示則為

也就是說，DE2_CCD_detect.7z只用了一個bank來存1個pixel的RGB，可是每個bank只有16bit怎麼辦?只好犧牲一些畫質，只存R[9:5]、G[9:5]、B[9:5]，所以若要從SDRAM抓下所擷取的影像，若用抓DE2_CCD.7z資料的方式，就會產生不正確的影像。

那要如何用DE2 Control Panel和Terasic Image Converter抓取DE2_CCD_detect.7z的影像呢?
Step1 :
從SDRAM抓取資料
一樣從SDRAM的記憶體位址0x2800開始抓，抓長度0x96000，存成檔名catpure2_gb.dat。

Step 2：
由capture2_gb.dat複製成capture2_gr.dat
在TRDB_DC2 User Guide中要我們記憶體位址0x102800開始抓0x96000長度的資料存到capture2_gr.dat，但因為DE2_CCD_detect.7z只用了1個bank，所以我們不需這樣抓，只需將Step 1所抓的檔案複製成capture2_gr.dat即可。

Step 3：
使用Terasic Image Converter轉成bmp
利用Image Converter將capture2_gb.dat和capture2_gr.dat合併成capture2.bmp檔。

眼尖的你一定發現，為什麼圖左右顛倒? 這是DE2_CCD_detect.7z範例的bug，請參閱(原創) 如何解決DE2範例DE2_CCD_detect左右相反的問題? (IC Design) (DE2) (Quartus II)

完整程式碼下載
友晶科技範例 DE2_CCD.7z
友晶科技範例 DE2_CCD_detect.7z
DE2 Control Panel
Teasic Image Converter

Conclusion
友晶原廠的TRDB_DC2 User Guide，只能針對DE2_CCD.7z，無法針對DE2_CCD_detect.7z，透過本文的方式，讓我們可以利用 DE2 Control Panel與Teasic Image Converter將DE2_CCD_detect.7z所擷取的影像傳到PC端，也讓我們更清楚兩個範例使用SDRAM方式的不同。

Remark
或許你會問，我怎麼知道要從SDRAM記憶體位址的0x2800抓長度0x96000呢?在DE2_CCD.7z的DE2_CCD.v的480行

.RD1_ADDR(640*16),
.RD1_MAX_ADDR(640*496),

告訴我們從位址640*16開始讀取，最多讀到640*496。

640 * 16 = 10240 = 0x2800

640 * (496-16) * 2 = 614400 = 0x96000

為什麼要*2呢?因為一個bank是16 bit，也就是2 byte，記憶體位址是用byte計算。

See Also
(原創) 如何解決DE2範例DE2_CCD_detect左右相反的問題? (IC Design) (DE2) (Quartus II)
(原創) 如何使用ANSI C讀寫24位元的BMP圖檔? (C/C++) (C) (Image Processing)
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