1. 概述

本设计采用FPGA技术，将CMOS摄像头(DVP接口)的视频数据采集，并通过以太网传输(UDP方式)给PC机，上位机DEMO通过套接字编程，将视频实时显示在屏幕上。

2. 硬件系统框图

CMOS采用OV7670(30万像素)，FPGA采用ALTERA公司的CYCLONE IV，以太网卡采用IC plus公司的100M网卡芯片。

硬件平台采用ETree的FPGA开发板(某宝提供)，如下图所示：

3. UDP/IP协议

UDP(User Datagram Protocol)是OSI参考模型中一种无连接的传输层协议，提供面向事务的简单不可靠信息传送服务。每一个数据包的前8个字节用来包含报头信息，剩余字节则用来包含具体的传输数据。UDP协议经常用于图像传输、网络监控数据交换等数据传输速度要求比较高的场合。

UDP报文格式

0                     15

16             31

源端口号

目的端口号

报文长度

校验和

数据

IP(Internet Protoco)包位于网络层，功能是把分组发往目标网络或主机。所有的TCP，UDP，IMCP，IGCP的数据都以IP数据格式传输。

以太网的数据帧的传输过程中，包长一般在46～1500字节，这里将UDP包长设计为：(8+20+640*2)=1308字节，以提高传输效率。

4. FPGA逻辑设计

FPGA各部分逻辑模块如下图所示：

CMOS Capture，采集CMOS的DVP视频流；

I2C Config，配置CMOS芯片；

FIFO，实现CMOS时钟域到以太网时钟域之间的转换；

UDP Pack，实现UDP/IP协议的实现。

下面为OV7670的初始化配置代码：

//file name：i2c_cfg_par.v//creator:shugen.yin//date:2017-4-21//function:i2c registers//log:VGA RAW/25FPS, XCLK=24Mmodule i2c_cfg_par(input  [07:0] lut_index,output reg [15:0] lut_data);always @(*)begincase(lut_index)//ov7670 RAW 25Fps 24M input'd0:lut_data <=  'h2280;'d1:lut_data <=  'h0000;'d2:lut_data <=  'h0000;'d3:lut_data <=  'h0000;'d4:lut_data <=  'h0000;        'd5:lut_data <=  'h0000;'d6:lut_data <=  'h0000;'d7:lut_data <=  'h0000;'d8:lut_data <=  'h2101;'d9:lut_data <=  'h4a04;'d10:lut_data <=  'h2201;//windows setting'd11:lut_data <=  'h2712;//Hstart high 8bit'd12:lut_data <=  'h2800;//Hstop high 8bit'd13:lut_data <=  'h2902;//Vstart high 8bit'd14:lut_data <=  'h2a7a;//Vstop high 8bit'd15:lut_data <=  'h42b6;//HREF'd16:lut_data <=  'h0300;//VREF'd17:lut_data <=  'h0c00;'d18:lut_data <=  'h4e00;'d19:lut_data <=  'h703a;'d20:lut_data <=  'h7135;'d21:lut_data <=  'h7211;'d22:lut_data <=  'h73f0;'d23:lut_data <=  'ha202;'d24:lut_data <=  'h23e0;'d25:lut_data <=  'h0000;'d26:lut_data <=  'h0d40;'d27:lut_data <=  'h2438;'d28:lut_data <=  'ha507;'d29:lut_data <=  'hab08;'d30:lut_data <=  'h3495;'d31:lut_data <=  'h3533;'d32:lut_data <=  'h36e3;'d33:lut_data <=  'h9f78;'d34:lut_data <=  'ha068;'d35:lut_data <=  'ha10b;'d36:lut_data <=  'ha6d8;'d37:lut_data <=  'ha7d8;'d38:lut_data <=  'ha8f0;'d39:lut_data <=  'ha990;'d40:lut_data <=  'haa94;'d41:lut_data <=  'h23e5;'d42:lut_data <=  'h0e61;'d43:lut_data <=  'h0f4b;'d44:lut_data <=  'h2602;'d45:lut_data <=  'h3102;'d46:lut_data <=  'h3291;'d47:lut_data <=  'h3907;'d48:lut_data <=  'h4303;'d49:lut_data <=  'h450b;'d50:lut_data <=  'h471c;'d51:lut_data <=  'h4871;'d52:lut_data <=  'h4c78;'d53:lut_data <=  'h4d08;'d54:lut_data <=  'h513a;'d55:lut_data <=  'h5d40;'d56:lut_data <=  'h5e20;'d57:lut_data <=  'h7955;'d58:lut_data <=  'h7b4a;'d59:lut_data <=  'h7419;'d60:lut_data <=  'h7661;'d61:lut_data <=  'h8d4f;'d62:lut_data <=  'h8e00;'d63:lut_data <=  'h8f00;'d64:lut_data <=  'h9000;'d65:lut_data <=  'h9100;'d66:lut_data <=  'h9600;'d67:lut_data <=  'h9a80;'d68:lut_data <=  'hb08c;'d69:lut_data <=  'hb10c;'d70:lut_data <=  'hb20e;'d71:lut_data <=  'hb382;'d72:lut_data <=  'hb80a;'d73:lut_data <=  'h5314;'d74:lut_data <=  'h54f0;'d75:lut_data <=  'h5534;'d76:lut_data <=  'h5658;'d77:lut_data <=  'h5728;'d78:lut_data <=  'h583a;'d79:lut_data <=  'h6988;'d80:lut_data <=  'h6a88;'d81:lut_data <=  'h6b44;'d82:lut_data <=  'h6c67;'d83:lut_data <=  'h6d49;'d84:lut_data <=  'h6e0e;'d85:lut_data <=  'h7c0a;'d86:lut_data <=  'h7d55;'d87:lut_data <=  'h7e11;'d88:lut_data <=  'h7f9f;'d89:lut_data <=  'h7a40;'d90:lut_data <=  'h0140;'d91:lut_data <=  'h0240;'d92:lut_data <=  'h23e7;'d93:lut_data <=  'h4411;'d94:lut_data <=  'h9266;'d95:lut_data <=  'h4b0a;'d96:lut_data <=  'ha488;'d97:lut_data <=  'h9600;'d98:lut_data <=  'h9730;'d99:lut_data <=  'h9820;'d100:lut_data <=  'h9920;'d101:lut_data <=  'h9a84;'d102:lut_data <=  'h9b29;'d103:lut_data <=  'h9c03;'d104:lut_data <=  'h9d4c;'d105:lut_data <=  'h9e3f;'d106:lut_data <=  'h7804;'d107:lut_data <=  'h7901;  'd108:lut_data <=  'hc8f0;'d109:lut_data <=  'h790f;'d110:lut_data <=  'hc820;'d111:lut_data <=  'h7910;'d112:lut_data <=  'hc87e;'d113:lut_data <=  'h790b;'d114:lut_data <=  'hc801;'d115:lut_data <=  'h790c;'d116:lut_data <=  'hc807;'d117:lut_data <=  'h790d;'d118:lut_data <=  'hc820;'d119:lut_data <=  'h7902;'d120:lut_data <=  'hc8c0;'d121:lut_data <=  'h7903;'d122   :lut_data <=  'hc840;'d123:lut_data <=  'h7905;'d124:lut_data <=  'hc830;'d125   :lut_data <=  'h7926;default:lut_data <=  'h0000;endcaseendendmodule

5. 上位机Demo实现

本设计采用VC++ 2010设计了一款简易的UDP网络视频流播放器，视频源为RAW8格式，分辨率640*480，帧率25Hz。Windows为我们提供了便捷的套接字(socket)编程方式，软件工程师方便实现网络编程。

6. 视频显示结果

给FPGA板卡上电，打开UDP demo软件，视频正常显示。

7. 任务管理器

在任务管理器中，可以查看网卡的状态，包括使用率和丢包的大概曲线图。UDP demo软件运行几分钟后，图像稳定显示，从任务管理器中可以看到本地网卡2的使用率为65.99%，曲线平整，没有异常丢包情况。