ARM9平臺(tái)下的CMOS圖像傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

　　3.2 控制接口模塊

　　當(dāng)CMOS圖像傳感器工作于逐行掃描方式時(shí)，在輸出一幀同步信號(hào)后將輸出一幀的數(shù)據(jù)，在每一行數(shù)據(jù)前也會(huì)輸出行同步信號(hào)，每一個(gè)像素有效信號(hào)觸發(fā)一個(gè)點(diǎn)的信號(hào)輸出，輸出有效窗口由HREF信號(hào)決定。由圖1、圖2可知，幀同步信號(hào)VSYNC標(biāo)示一幀數(shù)據(jù)的開(kāi)始。然后，在每一個(gè)PCLK信號(hào)的作用下，傳感器順序地從左到右依次輸出每一個(gè)像素?cái)?shù)據(jù)。當(dāng)輸出的像素?cái)?shù)據(jù)為有效數(shù)據(jù)時(shí)，HREF為有效電平。當(dāng)一幀的所有數(shù)據(jù)都輸出后，則又產(chǎn)生一個(gè)幀同步信號(hào)VSYNC，開(kāi)始下一幀數(shù)據(jù)的傳輸。根據(jù)以上時(shí)序圖的特定，可以采用DMA的傳送方式來(lái)實(shí)現(xiàn)圖像傳感器到DRAM的數(shù)據(jù)傳輸?？梢允褂脦叫盘?hào)VSYNC來(lái)作為主控制器的一個(gè)中斷輸入信號(hào)，以初始化DMA控制器，用水平同步信號(hào)HREF作為一個(gè)外部中斷輸入信號(hào)，以統(tǒng)計(jì)每行數(shù)據(jù)的輸出，用輸出數(shù)據(jù)同步信號(hào)PCLK作為DMA傳送的請(qǐng)求信號(hào)(Request)，以請(qǐng)求傳輸一個(gè)像素的數(shù)據(jù)信息。連接電路如圖4所示。

　　3.3 IIC總線(xiàn)接口模塊

　　CMOS圖像傳感器目前普遍采用IIC總線(xiàn)功能集中的一個(gè)子集，因此該接口比一個(gè)完整的主IIC總線(xiàn)更簡(jiǎn)單。硬件連接只需將OV7141的SIO_C、SIO_D分別與S3C2410的SCL、SDA相連皆可，見(jiàn)圖4。

　　IIC總線(xiàn)由雙向數(shù)據(jù)線(xiàn)SDA和時(shí)鐘線(xiàn)SCL組成，用戶(hù)使用集電極開(kāi)路門(mén)以“線(xiàn)與”方式進(jìn)行總線(xiàn)連接。IIC總線(xiàn)的通信協(xié)議見(jiàn)圖5，包括開(kāi)始信號(hào)、結(jié)束信號(hào)、應(yīng)答信號(hào)和數(shù)據(jù)有效等狀態(tài)。當(dāng)SCL持續(xù)為高電平時(shí)，SDA由“1”跳變到“0”，表示開(kāi)始信號(hào);當(dāng)SCL持續(xù)為高電平時(shí)，SDA由“0”跳變到“1”，表示結(jié)束信號(hào);在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，SDA在時(shí)鐘高電平時(shí)有效，低電平時(shí)更換數(shù)據(jù)。開(kāi)始和結(jié)束信號(hào)均由主IIC產(chǎn)生，通過(guò)SDA傳輸?shù)臄?shù)據(jù)以字節(jié)(8 bit)為單位，高位在前，低位在后，在每個(gè)字節(jié)后面由接收端發(fā)送一個(gè)低電平的應(yīng)答信號(hào)。

　　其讀寫(xiě)周期如下：當(dāng)要進(jìn)行IIC總線(xiàn)寫(xiě)操作時(shí)，先發(fā)送所使用的CMOS傳感器特定ID寫(xiě)地址，緊接著發(fā)送需要寫(xiě)的寄存器的地址(sub_address)，再發(fā)送數(shù)據(jù)(data);當(dāng)進(jìn)行IIC總線(xiàn)讀操作時(shí)，先發(fā)送所使用的CMOS傳感器特定ID寫(xiě)地址，緊接著發(fā)送需要寫(xiě)的寄存器的地址(sub_address)，再發(fā)送CMOS傳感器特定ID讀地址，最后接收數(shù)據(jù)(data)。對(duì)于不同的CMOS傳感器，它們的ID地址是不同的。OV7141為42H(寫(xiě))，43H(讀)。

　　4 CMOS圖像傳感器的軟件驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)

　　CMOS圖像傳感器需要控制器S3C2410的驅(qū)動(dòng)才能正常工作，并輸出正確的圖像數(shù)據(jù)。為了實(shí)現(xiàn)CMOS傳感器和主存儲(chǔ)器(DRAM)之間的快速傳輸，可以采用DMA方式。DMA是一種快速傳送數(shù)據(jù)的機(jī)制，它不需要CPU的參與而實(shí)現(xiàn)高速外設(shè)和主存儲(chǔ)器之間自動(dòng)成批交換數(shù)據(jù)的操作方式。由于處理端采用的是S3C2410，DMA、中斷以及IIC總線(xiàn)接口都已經(jīng)集成在控制器內(nèi)部，因此，整個(gè)軟件驅(qū)動(dòng)只需要完成兩個(gè)功能模塊的設(shè)置：對(duì)主控制器S3C2410的設(shè)置;通過(guò)SCCB口對(duì)OV7141的設(shè)置。

　　4.1 對(duì)主控制器S3C2410的設(shè)置

　　a) 設(shè)置DMA的源地址為控制總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器的那一個(gè)地址，每一次傳輸該地址值不變化;

　　b) 設(shè)置DMA的目標(biāo)地址為要保存圖像數(shù)據(jù)的內(nèi)存區(qū)域的起始地址，每一次傳輸該值加1;

　　c) 設(shè)置DMA的計(jì)數(shù)器為有效窗口的像素?cái)?shù)的個(gè)數(shù);

　　d) 設(shè)置DMA中斷為軟件觸發(fā)，且設(shè)置PCLK、VSYNC、HREF為外部中斷觸發(fā)信號(hào)，以控制圖像數(shù)據(jù)的輸出。

　　4.2 通過(guò)SCCB接口對(duì)OV7141的設(shè)置

　　a) 讀OV7141的1C、1D寄存器，判斷芯片是否正常;

　　b) 設(shè)置13寄存器為0x07，允許AGC，允許白平衡;

　　c) 設(shè)置14寄存器為0x00，設(shè)置有效窗口為640×480像素(VGA);

　　d) 設(shè)置17、18、19、lA寄存器，設(shè)置HREF和VSYNC信號(hào)的起始與停止;

　　e) 設(shè)置28寄存器為0x60，設(shè)置為黑白模式和逐行掃描模式。

　　5 實(shí)驗(yàn)與討論

　　本系統(tǒng)中，圖像傳感器的時(shí)鐘由外接24 MHz的晶振供給，主控制器S3C2410工作頻率為200 MHz，CMOS圖像傳感器OV7141工作于逐行掃描方式，圖像采集窗口為640×480像素，數(shù)據(jù)保存在系統(tǒng)中一片SDRAM中。實(shí)驗(yàn)表明，系統(tǒng)每秒能穩(wěn)定采集到15幀圖像數(shù)據(jù)。若要提高圖像采集的速率，可以再加入一塊雙端口SDRAM作為數(shù)據(jù)輸出緩存，這樣速率有所提高，但雙端口SDRAM價(jià)格較貴，或者選用能工作于更高工作頻率的主控制器也能提高采集速率。

　　本設(shè)計(jì)是基于32位處理器的嵌入式圖像采集系統(tǒng)。設(shè)計(jì)中直接將主控制器S3C2410與圖像傳感器連接，再加上一些存儲(chǔ)芯片，構(gòu)成一個(gè)簡(jiǎn)單的圖像采集系統(tǒng)，因而與其他大多數(shù)基于PC機(jī)的圖像采集系統(tǒng)相比具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、體積小、功耗低、通用性好等優(yōu)點(diǎn)，特別適合一些對(duì)體積、成本、功耗有較高要求的應(yīng)用，如目前市場(chǎng)上的指紋識(shí)別系統(tǒng)等。因此，該系統(tǒng)具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值和一定的研究意義。