最近鸽了挺久的，因为最近要做课设，再加上被这个工程的调试给难到了。
在做该工程的时候，有一个良好的项目管理习惯会让开发的时候不会让人那么的高血压。
特别要注意的是，异步FIFO的读写时钟的速率匹配问题，这个问题卡了我好久。

1、sobel算子

Sobel 算法是像素图像边缘检测中最重要的算子之一，在机器学习、数字媒体、计算机
视觉等信息科技领域起着举足轻重的作用。在技术上，它是一个离散的一阶差分算子，用来
计算图像亮度函数的一阶梯度之近似值。在图像的任何一点使用此算子，将会产生该点对应
的梯度矢量或是其法矢。
Sobel 边缘检测通常带有方向性，可以只检测竖直边缘或垂直边缘或都检测。
实现步骤：
第一步：Sobel 提供了水平方向和垂直方向两个方向的滤波模板。设 x 方向和 y 方向
的卷积因子分别为 Gx和 Gy，模板如下所示，A 为原图像。

第二步：矩阵运算后，就得到横向灰度值 Gx 和纵向灰度值 Gy，然后通过如下公式进
行计算出该点的灰度值：

这个运算比较复杂，涉及到平方和开根（FPGA 不擅长），可以采用取近似值计算方法，对
于最终结果影响不大

第三步：设置一个阈值 threshold，对数据进行比较然后输出二值图像

2、图像灰度算法

图像数据中，含有RGB三种颜色的数据，如果一起处理的话，要很大的的运算量和位宽，为了减小运算量，可以将24位的RGB数据转化为8位的灰度图像。
虽然丢失了一些颜色等级，但是从整幅图像的整体和局部的色彩以及亮度等级分布特征来看，灰度图描述与彩色图的描述是一致的。一般有分量法、最大值法、平均值法、加权平均法四种方法对彩色图像进行灰度化。

然后本次采用的是平均值法。

将彩色图像中的三分量亮度求平均得到一个灰度值。如下:

上式中有除法，考虑到在 FPGA 中实现除法比较的消耗资源，这里在实现前可以先做
如下的近似处理。可以将上面公式乘以 3/256，这样就需要同时乘以 256/3 保证公式的正确
性。公式处理过程如下：

对 256/3 做近似取整处理，将 256/3 替换成 85，则公式变为如下。

这样式子中除以 256 就可以采用移位方法来处理，式子变为如下：

上面处理过程中使用是对 256/3 的近似处理，当然这里可以采用其他数据，比如
512/3、1024/3、2048/3 等等，基本的原则是将平均公式法中分母的 3 替换成 2 的幂次的
数，这样除法就可以使用移位的方式实现，减小 FPGA 中由于存在除法带来的资源消耗。

3、sobel算法的实现

该工程用到的算子需要三行数据才能进行，我们可以先缓存两行数据，然后接下来的输入数据加上之前缓存的两行的数据就是三行数据了，示意图如下：

缓存区像移位寄存器一样，一个周期输入一个数据和输出一个数据，可以用xilinx的RAM-base Shift Register IP核来实现。
但上面仅实现31的模板，要实现33的模板可在每行输出串联三组寄存器，以下是示意图：

然后我们就可以取寄存器组里面的值进行Sobel 算法的实现了。

4、sobel算法模块

本模块需要

• 1个16位宽1024深度的异步FIFO
• 2个16位宽1024深度的同布FIFO
• 2个8位宽400深度RAM-base Shift Register IP核

sobel_core_v1_0.v

`timescale 1ns / 1ps
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Company: GDUT
// Engineer: Lclone
// 
// Create Date: 2023/03/27 22:04:23
// Design Name: sobel_core
// Module Name: sobel_core
// Project Name: sobel_core
// Target Devices: 
// Tool Versions: 
// Description: 
// 
// Dependencies: 
// 
// Revision:
// Revision 0.01 - File Created
// Additional Comments:
// 
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////


module sobel_core_v1_0
#   (   parameter  LINE_LENGTH = 800,       //行长度
        parameter  LINE_NUM    = 480)       //场长度
    (
        //------系统接口---------
        input        m_clk,                   //主时钟
        input        rst_n,                   //复位信号
        //------摄像头接口-------
        input        pclk,                    //像素时钟
        input [15:0] cam_data,                //图像数据输入
        input        data_valid,              //数据有效
        //------maxis接口--------
        input              m_axis_tready,
        output  reg        m_axis_tvalid,
        output      [15:0] m_axis_tdata,
        output  reg        m_axis_tlast,
        output             m_axis_tuser
    );
    
    //------------------cam_fifo的信号-----------------------------
    reg         cam_fifo_data_rd_en;          //cam_fifo 读使能
    reg         cam_fifo_data_rd_en_r;
    wire [15:0] cam_fifo_data_out;            //cam_fifo读出数据
    wire [ 9:0] rd_data_count;                //cam_fifo读出计数
    
    //------------------图像灰度算法的信号------------------------
    wire [ 9:0] sum;                          
    reg  [15:0] gray_r;
    wire [ 7:0] gray_8b_o;
    reg         gray_valid;
    //-------------------sbole模块信号----------------------------
    wire [ 7:0] filter_data_out;
    wire        filter_data_valid;
    //-------------------两个同步fifo的信号-----------------------
    wire [15:0] fifo_data0;
    wire [15:0] fifo_data1;
    wire [ 9:0] fifo_data_count0;
    wire [ 9:0] fifo_data_count1;
    reg  [ 9:0] out_data_count;
    reg         fifo_flag;
    
    //-------------------场计数信号-------------------------------
    reg  [ 8:0] line_cnt;
    reg         line_end;
    //------------------------------------------------------------
    reg m_axis_act; //m_axis活动信号
    
    always@(posedge m_clk or negedge rst