MIPI 测试框架

面向 Xilinx VU13P + IMX298 的 MIPI CSI-2 相机采集与验证框架：传感器 I2C 配置、2-Lane RAW10 接收、URAM 帧缓冲、纯 RTL 系统控制与 PySide6 上位机联调。

Vivado Block Design： mipi_platform · 系统控制： mipi_sys_ctrl（RTL，无 MicroBlaze/Vitis）

本仓库为开源 FPGA 验证参考实现。不含板级原理图或未公开的硬件资料。引脚约束需结合具体板卡自行准备（参考 fpga/constraints/vu13p_pins.template.xdc），clone 后不能直接综合上板。

许可证：MIT（第三方模块见 THIRD_PARTY_NOTICES.md）

姊妹项目

同一 VU13P + IMX298 MIPI CSI-2 验证平台的两套实现，共享 Vivado Block Design（mipi_platform）与 PySide6 上位机（tools/ UART 协议兼容）：

仓库	说明
sensor-test-framework-soft-core	姊妹项目 — MicroBlaze 固件 + Vitis；D-PHY / Lane 深度联调、HS_SETTLE 扫描
sensor-test-framework-pure-rtl	本仓库 — 纯 RTL mipi_sys_ctrl，无 MicroBlaze / Vitis；init mem BRAM 上电初始化

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功能亮点

方向	内容
端到端采集	init mem BRAM 初始化 → CSI-2 RAW10 接收 → URAM 缓存 → UART 回传 → PC 解码显示
CSI-2 / D-PHY	2 数据 Lane + 1 时钟 Lane，800 Mbps/Lane；ECC/CRC 链路状态可读
纯 RTL 控制	UART 921600 协议、mipi_sys_ctrl 硬件 I2C/CSI/抓图，无软核
init mem	上电从 BRAM 预载 IMX298 默认表（1076 条）；主机可 UART 覆写（CMD_MEM_*）
主机工具	PySide6 GUI 串口联调 + download_regs.py 寄存器批量下发
工程化	create_project.tcl 一键重建 BD；build_all.tcl 综合→实现→bitstream

传感器输出： 2016×1512 RAW10 @ ~21 fps（2-Lane）。
UART 抓图： 支持 2016×128 快速条带、2016×512、2016×1512 全幅（高度可截断以缩短传输）。

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仓库结构

sensor-test-framework-pure-rtl/
├── fpga/
│   ├── rtl/                  # 纯 RTL（mipi_sys_ctrl、axis_uram_framebuf 等）
│   ├── data/                 # imx298_init.mem / .coe / .h
│   ├── constraints/          # vu13p_pins.template.xdc（需复制为 vu13p_pins.xdc）
│   ├── scripts/              # create_project.tcl、build_all.tcl、gen_init_coe.py
│   ├── sim/                  # 模块级 testbench + run_sims.ps1
│   └── vivado/               # 生成工程目录（.gitignore，本地构建产物）
├── tools/                    # PySide6 上位机 + UART 协议库 + CLI
├── docs/
│   ├── mipi_platform_v0.0.1.png
│   ├── python_gui.png
│   └── bd_design/            # Block Design PDF
└── README.md

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架构总览

传感器 (I2C)     MIPI CSI-2 RX      URAM 帧缓冲       UART 921600     上位机
───────────  →  D-PHY + 协议解析  →  AXIS 写缓存  →  分块传输  →  RAW10 解码 / GUI

mipi_platform (BD)
├── clk_wiz_0          19.2 MHz → 100 MHz AXI + 200 MHz D-PHY ref
├── u_sys_ctrl         mipi_sys_ctrl（UART / I2C / AXI master / init mem）
├── mipi_csi2_rx_0     MIPI CSI-2 RX Subsystem（2-Lane RAW10, Bank 62）
├── u_framebuf         axis_uram_framebuf（4 MiB，容纳全幅单帧）
├── axi_ic             sys_ctrl → CSI RX + framebuf 寄存器访问
├── u_cam_gpio         相机 GPIO 三态缓冲（XCLR / PWDN / I2C）
├── u_vsync_probe      VSYNC 同步探针
└── system_ila_0       联调 ILA（AXIS / AXI / 状态探针）

RTL 模块（fpga/rtl/）： mipi_sys_ctrl · uart_921600 · protocol_parser · i2c_master · sensor_sequencer · init_mem_bram · axi_lite_master · axis_uram_framebuf · cam_gpio_iobuf · sync_probe · led_heartbeat

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上位机工具

PySide6 图形界面提供串口连接、链路状态（速率 / ECC / CRC）、多档抓图分辨率、RAW10 解码预览，以及 PNG / RAW 保存。详见 tools/README.md。

功能	说明
串口	921600 8N1，自动枚举 COM 口
读状态 0x03	MIPI 端口、速率、ECC/CRC 计数、链路状态
抓图 0x04	指定宽×高，512 B/chunk + 信用窗口流控回传
暗黑模式	亮色 / 暗色主题切换

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快速上手

环境： Vivado 2024.2 · Python 3.10+

1. 复制引脚模板，按实际原理图填写 PIN_* 变量：

   cp fpga/constraints/vu13p_pins.template.xdc fpga/constraints/vu13p_pins.xdc

   Windows CMD：copy fpga\constraints\vu13p_pins.template.xdc fpga\constraints\vu13p_pins.xdc

2. 生成 init mem（可选，仓库已含预生成文件）：

   python fpga/scripts/gen_init_coe.py

3. 生成 Vivado 工程：

   vivado -mode batch -source fpga/scripts/create_project.tcl

   或一键综合到 bitstream：

   vivado -mode batch -notrace -source fpga/scripts/build_all.tcl

4. Vivado 中（或 batch 完成后）下载比特流至板卡。

5. 安装主机工具并启动 GUI：

   cd tools
   pip install -r config/requirements.txt
   ./run_gui.sh          # Linux / macOS
   run_gui.bat           # Windows

6. 连接串口 → 读状态 确认链路已建立 → 抓图 验证出图。

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文档索引

文档	说明
tools/README.md	Python 上位机、CLI 与单元测试
fpga/scripts/create_project.tcl	Vivado 工程 / BD 一键生成
fpga/scripts/build_all.tcl	综合 + 实现 + bitstream
fpga/rtl/mipi_sys_ctrl.v	纯 RTL 系统控制器顶层
fpga/rtl/hw_defs.vh	协议常量、地址映射（与 Python 同步）
tools/lib/protocol.py	UART 协议实现
docs/bd_design/mipi_platform_v0.0.1.pdf	Block Design 导出 PDF

传感器数据手册请从厂商官网获取：

器件	官网
IMX298	sony-semicon.com

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UART 命令摘要

帧格式：AA 55 | CMD | LEN[15:8] | LEN[7:0] | PAYLOAD | XOR 校验

命令	码	用途
写寄存器	0x01	单条 I2C 写（16-bit 地址 + 8-bit 数据）
读寄存器	0x02	单条 I2C 读
读状态	0x03	链路速率 / ECC / CRC / link_up
抓图	0x04	ARM 帧缓冲 + UART 分包回传
MEM 写入	0x10	写入 init mem 条目
MEM 执行	0x11	从 mem 完整初始化传感器
ACK	0x80	命令成功
ERR	0x81	错误码（I2C NACK、忙、校验失败等）

图像流：BB 66 数据块（512 B + XOR）→ 主机回 A5 ACK → BB 99 EOT。完整定义见 tools/lib/protocol.py 与 fpga/rtl/hw_defs.vh。

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备注

• 目标器件：xcvu13p-fhga2104-2-i（请按实际板卡调整）。
• 系统时钟：板载 19.2 MHz 单端输入（pad_clk_19m2）。
• UART 速率：921600 8N1（FPGA 与上位机须一致）。
• 帧缓冲：4 MiB URAM（2016×1512 RAW10 ≈ 3.81 MB）。
• 传感器初始化表见 fpga/data/imx298_init_regs.h，仅为参考配置。
• RTL 仿真：fpga/sim/run_sims.ps1（需本地 Vivado simulator）。
• 不含板级原理图、真实管脚约束或未公开的硬件资料。
• 芯片厂商寄存器表、数据手册等受版权约束的文件未包含或未跟踪；初始化表仅为参考配置，不代表厂商推荐设置。