SCCB协议介绍与应用和OV7670摄像头的寄存器配置
SCCB协议简介：
以OV7670的配置传输为例
OV770中，8‘h42是写操作ID，8’h43是读地址
从数据传输时序可以看出，其传输的顺序是： 开始位，数据[7:0] ，X位，其中X位为任意，手册中给出的解释是don’t care
开始传输时序：
SIO_D在SIO_C为高时由高到低表示开始传输。
即： SIO_C == 1 时，检测到SIO_D的下降沿就表示数据开始传输。
当SIO_C == 1时，检测到SIO_D的上升沿表示结束位，即停止传输。
**
SCCB的三相写数据传输：
**
其中第一相，包括了7位ID地址、R/W选择位和X位。 //8’h42 写操作地址(OV7670)
第二项：要写的寄存器地址+X位
第三项：要写的数据+X位
写操作:三个阶段构成传输的写，每个阶段都为9位
即写操作有： start + ID地址（地址位42）+ 寄存器地址 + 数据 + stop
SCCB的读操作：
根据数据手册可知，读操作分为两个阶段完成
此阶段的目的是识别特定从设备的子地址，主设备从该子地址读取数据。
ID地址（8位ID地址+1位读写控制+don’t care）+ FPGA要向从机写入即将要读的寄存器地址（8位寄存器地址+don’t care）
FPGA作为主机，在写入要读的寄存器地址后，从机(即OV7670)根据FPGA要读的地址将数据送给主机(FPGA).
ID地址（8位ID地址+1位读写控制+don’t care） +从机向FPGA发送被指定寄存器里面的数据的数据（8位数据+NA）
所以，写操作整体流程是：
起始位+ ID地址（42）+ 寄存器地址 +停止位+起始位+ID地址（43）+ 数据 + 结束位
SCCB协议有两线也有三线，两线为SIO_C与SIO_D,三线为SIO_E、SIO_C与SIO_D。
关于寄存器的调试步骤：
先读一个寄存器，确认读功能正确 -----> 写一个寄存器然后读出来，确认写功能正确-----> 所有寄存器写一个读一个，确保所有都正确--------> 全部致谢，快速进行配置。
首先，需要产生SCCB的时序，因为三相传输的数据一共有 1个起始位 +7ID+R/W+X + 8子地址+X+8写数据+X+结束位(0,1) = 30，故命名数组out_data作为三相和两相的拼接数组。
摄像头输入时钟为25MHz,而SCCB的SIO_C最高时钟频率是400KHz（注意：一般的器件，都是限制高速，而不会限制低速。速度越低，越容易满足时序参数要求。在调试时，尽量将速度放低，尽可能减少出错的可能。等数据调通后，再提高速度。）而本次使用的SIO_C频率为208KHz.
使用三个计数器分别计数一个SIO_C周期： (1s/208KHz) / (1s/25MHz) = 120
第二个计数 共有多少位SIO_D，根据读写的不同分别为30和21；
第三个计数器计数传输多少段，因为SCCB的读阶段是先由主机写子地址给从机，从机再去相应的地址将数据读出给主机，所以此处为2段。
计数器代码为：
parameter SIO_C = 120 ;
always @(posedge clk or negedge rst_n)begin
if(rst_n==1'b0)begin
flag_add <= 1'b0;
end
else if(ren || wen)begin //有读使能或者写使能到来
flag_add <= 1'b1;
end
else if(end_count_duan)begin //传输完一整个读操作或者写操作
flag_add <= 1'b0;
end
end
always @(posedge clk or negedge rst_n)begin
if(rst_n==1'b0)begin
count_sck <= 0;
end
else if(add_count_sck)begin
if(end_count_sck)begin
count_sck <= 0;
end
else begin
count_sck <= count_sck + 1;
end
end
end
assign add_count_sck = flag_add;
assign end_count_sck = add_count_sck && count_sck == SIO_C-1;
//位传输计数器，由于写和读位数不同，所以此处采用变量法
//bit_num+2表示所要计数的总位数
always @(posedge clk or negedge rst_n)begin
if(!rst_n)begin
count_bit <= 0;
end
else if(add_count_bit)begin
if(end_count_bit)
count_bit <= 0;
else
count_bit <= count_bit + 1;
end
end
assign add_count_bit = end_count_sck;
assign end_count_bit = add_count_bit && count_bit == bit_num + 2 -1 ;
//由于写操作是三相零段，所以当 add_count_duan && count_duan == 1-1时结束计数
//写操作时：add_count_duan && count_duan == 1-1 为写操作
//写操作时：add_count_duan && count_duan == 2-1 为读操作
//使用变量来指示该计多少个数
always @(posedge clk or negedge rst_n)begin
if(!rst_n)begin
count_duan <= 0;
end
else if(add_count_duan)begin
if(end_count_duan)
count_duan <= 0;
else
count_duan <= count_duan + 1;
end
end
assign add_count_duan = end_count_bit;
assign end_count_duan = add_count_duan && count_duan== section_num-1;
//由于需要区分是写还是读，此处使用一个选择信号flag_sel
//flag_sel == 1,表示是读状态
//flag_sel == 2,表示是写状态
always @(posedge clk or negedge rst_n)begin
if(rst_n==1'b0)begin
flag_sel <= 0;
end
else if(ren)begin
flag_sel <= 1;
end
else if(wen)begin
flag_sel <= 2;
end
else if(end_count_duan)begin
flag_sel <= 0;
end
end
always @(*)begin
if(flag_sel==1)begin
bit_num = 21; //读操作，两段两相
section_num = 2 ;
end
else if(flag_sel==2)begin
bit_num = 30; //写操作，一段三相
section_num= 1 ;
end
else begin
bit_num = 1;
section_num = 1;
end
end
SCCB时序的产生：
上面计数器只是计数了周期数，对于SIO_C什么时候拉高拉低并无设计，占空比等也没有设计，此处对其进行约束。
always @(posedge clk or negedge rst_n)begin
if(rst_n==1'b0)begin
sio_c <= 1'b1;
end
else if(sio_c_h2l)begin
sio_c <= 1'b0;
end
else if(sio_c_l2h)begin
sio_c <= 1'b1;
end
end
//复位后若无拉高条件则SIO_C一直为高
assign sio_c_h2l = count_bit >=0 && count_bit <(bit_num - 2) && add_count_sck && count_sck == SIO_C-1;//后面2bit不是数据传输过程，是结束位变化，此时SIO_C拉高，SIO_D在SIO_C为高期间由低变高表示结束位
assign sio_c_l2h = count_bit >=1 && count_bit < bit_num && add_count_sck && count_sck == SIO_C/2 -1; //占空比50%，数据传输时使能
SIO_D数据的传输及本模块空闲信号设计
always @(posedge clk or negedge rst_n)begin
if(rst_n==1'b0)begin
sio_d_w <= 1;
end
else if(out_data_time)begin
sio_d_w <= out_data[30-count_bit-1];
end
end
//在SIO_C为低时且在其低位中部采样数据，以保证在SIO_C为高时数据稳定
assign out_data_time = count_bit >= 0 && count_bit < bit_num && add_count_sck && count_sck == ((SIO_C/4) -1) ;
//有读或写使能以及数据在传输时，表示SCCB总线处理被占用
//rdy == 1表示SCCB空闲，可以处理新的数据
always @(*)begin
if(ren || wen || flag_sel != 0)begin
rdy = 0;
end
else begin
rdy = 1;
end
end
//另设信号en_sio_d_w表示写操作 即无论是读还是写，写的部分都为其表示
//只有在读操作中的第二段第二相，向主机发送数据才读，故此阶段该信号拉低
//当执行完一个完整的读或者写操作时将其清零，该信号并不是必须只是本人设计需要，读者可自行改动
//en_sio_d_w
always @(posedge clk or negedge rst_n)begin
if(rst_n==1'b0)begin
en_sio_d_w <= 1'b0;
end
else if(wen || ren)begin
en_sio_d_w <= 1'b1;
end
else if(end_count_duan)begin
en_sio_d_w <= 1'b0;
end
else if(en_sio_d_w_h2l)begin
en_sio_d_w <= 1'b0;
end
else if(en_sio_d_w_l2h)begin
en_sio_d_w <= 1'b1;
end
end
assign en_sio_d_w_h2l = flag_sel == 1 && count_duan == 1 && count_bit==10 && add_count_sck && count_sck==1-1;
assign en_sio_d_w_l2h = flag_sel == 1 && count_duan == 1 && count_bit==18 && add_count_sck && count_sck==1-1;
数据传输，使用数组out_data[29:0]来寄存传输总线上的信号。
写数据期间： 起始位，8‘h42，1’h1（X位）,子地址，X位，要写的数据，X位，1‘b0,1’b1（结束位）
故
out_data = {1'h0,8'h42,1'h1,sub_addr,1'h1,wdata,1'h1,1'h0,1'h1};//sub_addr是SCCB总线上传输的数据，wdata是要写的数据
读数据期间：
第一段 ： out_data = {1’h0,8’h42,1’h1,sub_addr,1’h1,1’h0,1’h1,9’h0};//后面9位并不会输出，只是为了对齐数据
第二段： out_data = {1’h0,8’h43,1’h1,sub_addr,1’h1,1’h0,1’h1,9’h0};
对比发现，可以整合为
assign rd_com = (count_duan==0 && flag_sel==1) ? 8'h42:8'h43;
out_data = {1'h0,rd_com,1'h1,sub_addr,1'h1,1'h0,1'h1,9'h0};
所以发送数据的代码为：
always @(*)begin
if(flag_sel==1)begin
out_data <= {1'h0,rd_com,1'h1,sub_addr,1'h1,1'h0,1'h1,9'h0};//start,8'h42 or 8'h43 ,x,sub_addr or rdata <= sio_d_r ,x,end(0,1) ,interval(2'b11)
end
else if(flag_sel==2)begin
out_data <= {1'h0,8'h42,1'h1,sub_addr,1'h1,wdata,1'h1,1'h0,1'h1};
end
else begin
out_data <= 0;
end
end
assign rd_com = (count_duan==0 && flag_sel==1)? 8'h42 : 8'h43; //8'h42 is write enable | 8'h43 is read enable
OV7670寄存器配置
`timescale 1ns / 1ps
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Company:
// Engineer:
//
// Create Date: 21:12:08 12/04/2018
// Design Name:
// Module Name: ov7670_config
// Project Name:
// Target Devices:
// Tool versions:
// Description:
//
// Dependencies:
//
// Revision:
// Revision 0.01 - File Created
// Additional Comments:
//
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
module ov7670_config(
input clk , //25MHz
input rst_n ,
input config_en , //开始配置使能
input rdy , //上层模块空闲使能
input [7:0] rdata , //SCCB输出的数据 本模块暂未使用，读者可以注释掉
input rdata_vld , //输出数据有效信号 本模块暂未使用，读者可以注释掉
output reg [7:0] wdata ,
output reg [7:0] addr ,
output reg wr_en ,
output reg rd_en ,
output reg cmos_en , //
output pwdn
);
parameter DATA_WIDTH = 8 ;
parameter RW_NUM = 2 ;
reg [DATA_WIDTH:0] reg_cnt ;
reg [1:0] rw_cnt ;
reg flag_add ;
wire add_reg_cnt ;
wire end_reg_cnt ;
wire add_rw_cnt ;
wire end_rw_cnt ;
reg [17:0] add_wdata ;
assign pwdn = 0;
`include "ov7670_para.v" //载入配置 该程序中包含了对OV7670的配置，程序在下文
always @(posedge clk or negedge rst_n)begin
if(!rst_n)begin
rw_cnt <= 0;
end
else if(add_rw_cnt)begin
if(end_rw_cnt)
rw_cnt <= 0;
else
rw_cnt <= rw_cnt + 1;
end
end
assign add_rw_cnt = flag_add && rdy ;
assign end_rw_cnt = add_rw_cnt && rw_cnt==RW_NUM-1 ;
always @(posedge clk or negedge rst_n)begin
if(!rst_n)begin
reg_cnt <= 0;
end
else if(add_reg_cnt)begin
if(end_reg_cnt)
reg_cnt <= 0;
else
reg_cnt <= reg_cnt + 1;
end
end
assign add_reg_cnt = end_rw_cnt;
assign end_reg_cnt = add_reg_cnt && reg_cnt== REG_NUM - 1;
always @(posedge clk or negedge rst_n)begin
if(rst_n==1'b0)begin
flag_add <= 1'b0;
end
else if(config_en)begin
flag_add <= 1'b1;
end
else if(end_reg_cnt)begin
flag_add <= 1'b0;
end
end
always @(posedge clk or negedge rst_n)begin
if(rst_n==1'b0)begin
wdata <= 0;
end
else begin
wdata <= add_wdata[7:0];
end
end
always @(posedge clk or negedge rst_n)begin
if(rst_n==1'b0)begin
addr <= 0;
end
else begin
addr <= add_wdata[15:8];
end
end
always @(posedge clk or negedge rst_n)begin
if(rst_n==1'b0)begin
wr_en <= 1'b0;
end
else if(add_rw_cnt && rw_cnt==1-1 && add_wdata[16])begin
wr_en <= 1'b1;
end
else begin
wr_en <= 1'b0;
end
end
always @(posedge clk or negedge rst_n)begin
if(rst_n==1'b0)begin
rd_en <= 1'b0;
end
else if(add_rw_cnt && rw_cnt==2-1 && add_wdata[17])begin
rd_en <= 1'b1;
end
else begin
rd_en <= 1'b0;
end
end
always @(posedge clk or negedge rst_n)begin
if(rst_n==1'b0)begin
cmos_en <= 1'b0;
end
else if(end_reg_cnt)begin
cmos_en <= 1'b1;
end
end
endmodule
配置程序
具体的配置问题请参考器件手册《OV7670 Software Application Note》
parameter REG_NUM = 165;
always@(*) begin
case(reg_cnt)
0 : add_wdata = {2'b11,16'h1204};//复位，VGA，RGB565 (00:YUV,04:RGB)(8x全局复位)
1 : add_wdata = {2'b11,16'h40d0}; //RGB565, 00-FF(d0)（YUV下要攱-FE(80))
2 : add_wdata = {2'b11,16'h3a04}; //TSLB(TSLB[3], COM13[0])00:YUYV, 01:YVYU, 10:UYVY(CbYCrY), 11:VYUY
3 : add_wdata = {2'b11,16'h3dc8}; //COM13(TSLB[3], COM13[0])00:YUYV, 01:YVYU, 10:UYVY(CbYCrY), 11:VYUY
4 : add_wdata = {2'b11,16'h1e31}; //默认01，Bit[5]水平镜像，Bit[4]竖直镜像
5 : add_wdata = {2'b11,16'h6b00}; //旁路PLL倍频ｸ0A：关闭内部LDOｸ00：打开LDO
6 : add_wdata = {2'b11,16'h32b6}; //HREF 控制(80)
7 : add_wdata = {2'b11,16'h1713}; //HSTART 输出格式-行频开始高8位
8 : add_wdata = {2'b11,16'h1801}; //HSTOP 输出格式-行频结束
9 : add_wdata = {2'b11,16'h1902}; //VSTART 输出格式-场频开始高8位
10 : add_wdata = {2'b11,16'h1a7a}; //VSTOP 输出格式-场频结束
11 : add_wdata = {2'b11,16'h030a}; //VREF 帧竖直方向控到0)
12 : add_wdata = {2'b11,16'h0c00}; //DCW使能 禁止(00)
13 : add_wdata = {2'b11,16'h3e10}; //PCLK分频00 Normal 14 : add_wdata = {2'b11,16'h7000}; //00:Normal, 80:移位1, 00:彩条, 80:渐变彩条
15 : add_wdata = {2'b11,16'h7100}; //00:Normal, 00:移位1, 80:彩条, 80：渐变彩杊 16 : add_wdata = {2'b11,16'h7211}; //默认 水平，垂直采样(11)
17 : add_wdata = {2'b11,16'h7300}; //DSP缩放时钟分频00
18 : add_wdata = {2'b11,16'ha202}; //默认 像素始终延迟 (02)
19 : add_wdata = {2'b11,16'h1180}; //内部工作时钟设置，直接使用外部时钟源(80)
20 : add_wdata = {2'b11,16'h7a20};
21 : add_wdata = {2'b11,16'h7b1c};
22 : add_wdata = {2'b11,16'h7c28};
23 : add_wdata = {2'b11,16'h7d3c};
24 : add_wdata = {2'b11,16'h7e55};
25 : add_wdata = {2'b11,16'h7f68};
26 : add_wdata = {2'b11,16'h8076};
27 : add_wdata = {2'b11,16'h8180};
28 : add_wdata = {2'b11,16'h8288};
29 : add_wdata = {2'b11,16'h838f};
30 : add_wdata = {2'b11,16'h8496};
31 : add_wdata = {2'b11,16'h85a3};
32 : add_wdata = {2'b11,16'h86af};
33 : add_wdata = {2'b11,16'h87c4};
34 : add_wdata = {2'b11,16'h88d7};
35 : add_wdata = {2'b11,16'h89e8};
36 : add_wdata = {2'b11,16'h13e0};
37 : add_wdata = {2'b11,16'h0010};//
38 : add_wdata = {2'b11,16'h1000};
39 : add_wdata = {2'b11,16'h0d00};
40 : add_wdata = {2'b11,16'h1428};
41 : add_wdata = {2'b11,16'ha505};
42 : add_wdata = {2'b11,16'hab07};
43 : add_wdata = {2'b11,16'h2475};
44 : add_wdata = {2'b11,16'h2563};
45 : add_wdata = {2'b11,16'h26a5};
46 : add_wdata = {2'b11,16'h9f78};
47 : add_wdata = {2'b11,16'ha068};
48 : add_wdata = {2'b11,16'ha103};
49 : add_wdata = {2'b11,16'ha6df};
50 : add_wdata = {2'b11,16'ha7df};
51 : add_wdata = {2'b11,16'ha8f0};
52 : add_wdata = {2'b11,16'ha990};
53 : add_wdata = {2'b11,16'haa94};
54 : add_wdata = {2'b11,16'h13ef};
55 : add_wdata = {2'b11,16'h0e61};
56 : add_wdata = {2'b11,16'h0f4b};
57 : add_wdata = {2'b11,16'h1602};
58 : add_wdata = {2'b11,16'h2102};
59 : add_wdata = {2'b11,16'h2291};
60 : add_wdata = {2'b11,16'h2907};
61 : add_wdata = {2'b11,16'h330b};
62 : add_wdata = {2'b11,16'h350b};
63 : add_wdata = {2'b11,16'h371d};
64 : add_wdata = {2'b11,16'h3871};
65 : add_wdata = {2'b11,16'h392a};
66 : add_wdata = {2'b11,16'h3c78};
67 : add_wdata = {2'b11,16'h4d40};
68 : add_wdata = {2'b11,16'h4e20};
69 : add_wdata = {2'b11,16'h6900};
70 : add_wdata = {2'b11,16'h7419};
71 : add_wdata = {2'b11,16'h8d4f};
72 : add_wdata = {2'b11,16'h8e00};
73 : add_wdata = {2'b11,16'h8f00};
74 : add_wdata = {2'b11,16'h9000};
75 : add_wdata = {2'b11,16'h9100};
76 : add_wdata = {2'b11,16'h9200};
77 : add_wdata = {2'b11,16'h9600};
78 : add_wdata = {2'b11,16'h9a80};
79 : add_wdata = {2'b11,16'hb084};
80 : add_wdata = {2'b11,16'hb10c};
81 : add_wdata = {2'b11,16'hb20e};
82 : add_wdata = {2'b11,16'hb382};
83 : add_wdata = {2'b11,16'hb80a};
84 : add_wdata = {2'b11,16'h4314};
85 : add_wdata = {2'b11,16'h44f0};
86 : add_wdata = {2'b11,16'h4534};
87 : add_wdata = {2'b11,16'h4658};
88 : add_wdata = {2'b11,16'h4728};
89 : add_wdata = {2'b11,16'h483a};
90 : add_wdata = {2'b11,16'h5988};
91 : add_wdata = {2'b11,16'h5a88};
92 : add_wdata = {2'b11,16'h5b44};
93 : add_wdata = {2'b11,16'h5c67};
94 : add_wdata = {2'b11,16'h5d49};
95 : add_wdata = {2'b11,16'h5e0e};
96 : add_wdata = {2'b11,16'h6404};
97 : add_wdata = {2'b11,16'h6520};
98 : add_wdata = {2'b11,16'h6605};
99 : add_wdata = {2'b11,16'h9404};
100 : add_wdata = {2'b11,16'h9508};
101 : add_wdata = {2'b11,16'h6c0a};
102 : add_wdata = {2'b11,16'h6d55};
103 : add_wdata = {2'b11,16'h6e11};
104 : add_wdata = {2'b11,16'h6f9f};
105 : add_wdata = {2'b11,16'h6a40};
106 : add_wdata = {2'b11,16'h0140};
107 : add_wdata = {2'b11,16'h0240};
108 : add_wdata = {2'b11,16'h13e7};
109 : add_wdata = {2'b11,16'h1500};
110 : add_wdata = {2'b11,16'h4f80};
111 : add_wdata = {2'b11,16'h5080};
112 : add_wdata = {2'b11,16'h5100};
113 : add_wdata = {2'b11,16'h5222};
114 : add_wdata = {2'b11,16'h535e};
115 : add_wdata = {2'b11,16'h5480};
116 : add_wdata = {2'b11,16'h589e};
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default : add_wdata = 0;
endcase
end
//产生时序时，除了readdata外，都要打开三态门。而在空闲时刻，要注意将三态门关闭。
即写操作的全部阶段，读操作的第一阶段和第二阶段的第一相打开，在空闲和读操作的第二阶段关闭。