STM32——DCMI接口与OV2640原理与配置
一、OV2640简介
1、什么是OV2640？
OV2640是OmniVision公司生产的一颗1/4寸的CMOS UXGA（1632*1232）图像传感器。该传感器体积小、工作电压低，提供单片UXGA摄像头和影像处理器的所有功能。通过SCCB总线控制，可以输出整帧、子采样、缩放和取窗口等方式的各种分辨率8/10位影像数据。UXGA最高15帧/秒（SVGA可达30帧，CIF可达60帧）。用户可以完全控制图像质量、数据格式和传输方式。所有图像处理功能过程包括伽马曲线、白平衡、对比度、色度等都可以通过SCCB接口编程。
2、OV2640大的特点：
1、高灵敏度、低电压适合嵌入式应用
2、标准的SCCB接口，兼容IIC接口
3、支持RawRGB、RGB（RGB565/RGB555）、GRB422、YUV（422/420）和YCBCr（422）输出格式
4、支持UXGA、SXGA、SVGA以及按比例缩小到SXGA到40*30的任何尺寸
5、支持自动曝光控制、自动增益控制、自动白平衡、自动消除灯光条纹、自动黑电平校准等自动控制功能。同时支持色饱和度、色相、伽马、锐度等设置
6、支持图像缩放和闪光灯
7、支持图像压缩，即可输出JPEG图像数据
3、基本概念
UXGA：即分辨率位1600*1200的输出格式。类似的还有：
SXGA（1280*1024）、XVGA（1280*960）、WXGA（1280*800）、XGA（1024*768）、SVGA（800*600）、VGA（640*480）、CIF（352*288）和QQVGA（160*120）等。
PCLK，即像素时钟，一个PCLK时钟，输出一个（或半个）像素。
VSYNG，即帧同步信号。HREF/HSYNC，即行同步信号。
OV2640的图像数据输出（通过Y[9:0]，不过一般只用8位数据）就是在PCLK、VSYNC和HREF/HSYNC的控制下进行的。
4、OV2640行输出时序：
图像数据在HREF为高的时候输出，当HREF变高电位后，每一个PCLK时钟上沿时，就会输出一个字节数据。比如采用的UXGA时序，RGB565格式输出，每2个字节组成一个像素的颜色（低字节在前，高字节在后），这样每行输出总共有1600*2个PCLK周期，输出1600*2个字节。（PCLK最高可达36Mhz）
5、OV2640帧输出时序（UXGA）
OV2640支持：RGB565或JPEG输出。RGB565输出时，时序图如上图。JPEG输出时，PCLK大大减少，且HREF不连续，数据流以OXFF，OXDB开头，以OXFF，OXD9结束，将此间数据保存为.jpg即可在电脑查看。
6、传感器窗口设置（OV12640_Window_Set）
传感器窗口设置允许用户设置整个传感器区域（1632*1220）的感兴趣部分，也就是在传感器里面开窗，开窗范围从2*2~1632*1220都可以设置，不过要求这个窗口必须大于等于随后设置的图像尺寸。传感器窗口设置，通过：0X30/0X19/0X1A/0X07/0X17/0X18等寄存器设置。
7、图像尺寸设置（OV2640_ImageSize_Set）
图像尺寸设置，也就是DSP输出（最终输出到LCD的）图像的最大尺寸，该尺寸要小于等于前面传感器窗口设置所设定的窗口尺寸。图像尺寸通过：0XC0/0XC1/0X8C等寄存器设置。
8、图像窗口设置（OV2640_ImageWin_Set）
图像窗口设置其实和前面的传感器窗口设置类似，只是这个窗口是在前面设置的图像尺寸里面，再设置一次窗口大小，该窗口必须小于等于前面设置的图像尺寸。该窗口设置后的图像范围，将用于输出到外部。图像窗口设置通过：0X51/0X52/0X53/0X54/0X55/0X57等寄存器设置。
9、图像输出大小设置（OV2640_OutSize_Set）
图像输出大小设置，控制最终输出到外部的图像尺寸。该设置将图像窗口设置所决定的窗口大小，通过内部DSP处理，缩放成我们输出到外部的图像大小。该设置将会对图像进行缩放处理，如果设置的图像输出大小不等于图像窗口设置图像大小，那么图像就会被缩放处理，只有两者设置一样大的时候，输出比例才是1：1的。图像输出大小通过：0X5A/0X5B/0X5C等寄存器设置。
图像输出窗口设置示意图：
二、ATK-OV2640模块介绍
ATK-OV2640摄像头模块是ALIENTEK生产的一款高性能摄像头模块。
ATK-OV2640模块具有以下特点：
1、支持RGB565/JPEG数据输出
2、支持最大UXGA分辨率输出
3、支持图像任意缩放
4、自带24M有源晶振，无需外部时钟
5、自带稳压电路，按3.3V即可工作
6、自带感红外镜头（有滤光片），色彩鲜艳，可手动对焦
7、体积小巧（27mm*27mm）
ATK-OV2640模块原理图：
ATK-OV7670模块对外接口：
ATK-OV2640模块初始化：
初始化IO口——>上电，并复位——>读取传感器ID——>执行初始化序列——>完成初始化
MCU读取ATK-OV2640模块图像数据过程：
等待帧同步（VSYNC）——>等待HREF为高电平——>等待第一个PCLK上升沿——>读取第一个像素低字节——>等待第二个PCLK上升沿——>读取第一个像素高字节——>等待第三个PCLK上升沿——>读取第二个像素低字节——>循环读取剩余像素....——>结束
三、DCMI接口简介
1、什么是DCMI？
DCMI是STM32F4芯片自带的一个数字摄像头接口，该接口是一个同步并行接口，能够接受外部8位、10位、12位或14位CMOS摄像头模块发出的高速数据流。可支持不同的数据格式：YCbCr4:2:2/RGB565逐行视频和压缩数据（JPEG）
DCMI接口可接收高速数据流（可达54MB/s）。该接口包含多达14条数据线（D13~D0）和一条像素时钟线（PIXCLK）。像素时钟的极性可以编程，因此可以在像素时钟的上升沿或下降沿捕获数据。
2、DCMI特点：
1、支持8位、10位、12位或14位并行接口
2、支持内嵌码/外部行同步和帧同步
3、支持连续模式或快照模式
4、支持裁剪功能
5、支持以下数据格式：
1）8/10/12/14位逐行视频：单色或原始拜尔格式
2）YCbCr4:2:2逐行视频
3）RGB565逐行视频
4）压缩数据：JPEG
3、STM32F4的DCMI接口包括如下信号
1、数据输入（D[0:13]），接摄像头的数据输出
2、水平同步（行同步）输入（HSYNC），接摄像头的HSYNC/HREF信号
3、垂直同步（场同步）输入（VSYNC），接摄像头的VSYNC信号。
4、像素时钟输入（PIXCLK），接摄像头的PCLK信号。
DCMI接口的数据与PIXCLK（即PCLK）保持同步，并根据像素时钟的极性在像素时钟上升沿/下降沿发生变化。HSYNC（HREF）信号只是行的开始/结束，VSYNC信号指示帧的开始/结束。
图中，对应设置为：DCMI_PIXCLK的捕获沿为下降沿，DCMI_HSYNC和DCMI_VSYNC的有效状态为1。
注意：这里的有效状态实际上对应的是指示数据在并行接口上无效时，HSYNC/VSYNC引脚上面的引脚电平。
4、DCMI数据说明
DCMI接收到的数据，存储在DCMI_DR寄存器（32位）里面，我们接ATK-OV2640采用8位数据宽度，所以每4个像素时钟才会捕获完32位数据，第一个字节存放在LSB位置，第四个字节存放在MSB位置，如下图所示：
注：低字节在前，高字节在后
5、DMA说明
DCMI支持DMA传输，当DCMI_CR寄存器中的CAPTURE位置1时，激活DMA接口。摄像头接口每次在其寄存器（DCMI_CR）中收到一个完整的32位数据块时，都将发送一个DMA请求，由DMA将DCMI_CR寄存器的值搬运到目的地址（比如LCD/SRAM）。
DCMI的DMA请求是映射在DMA2通道1的数据流1上面的，所以配置DMA时，应该配置这个。
另外，如果是直接DCMI——>DMA——>LCD的传输方式，因为LCD是16位宽（RGB565），而DCMI_DR是32位宽，所以，一次DCMI引起的DMA传输，将引发LCD写两次数据。
6、其它说明
模式：DCMI支持连续模式和快照模式，一般采用连续模式
同步方式：DCMI支持内嵌码同步和硬件同步两种方式，一般采用硬件同步
硬件同步模式下使用两个同步信号：HSYNC和VSYNC。根据摄像头模块/模式的不同，可能在水平/垂直同步期间内发送数据。由于系统会忽略HSYNC/VSYNC信号有效电平期间内接收的所有数据，HSYNC/VSYNC信号相当于消隐信号。
四、寄存器介绍：
1、DCMI控制寄存器（DCMI_CR）
注：CAPTURE位必须在其它所有配置（包括DMA）完成后才能使能。
2、DCMI中断使能寄存器（DCMI_IER）
五、初始化流程
1、配置相关引脚的复用功能，使能DCMI时钟。
要用DCMI，先要使能DCMI时钟，然后再设置DCMI的相关引脚为复用输出，以便连接ATK-OV2640模块。
2、设置DCMI工作模式以及PCLK/HSYNC/VSYNC等参数。
DCMI接口，使用8位接口，连续模式，根据OV2640模块的输出时序图，设置：PCLK上升沿有效，HSYNC和VSYNC为低电平有效。同时还要设置帧中断（jpeg数据采集用）等参数。
3、设置DMA。
DCMI数据一般采用DMA搬运，设置好DCMI相关参数后，需要设置DMA，以便采集数据。
4、启动DCMI运输。
最后，设置DCMI—>CR的最低位为1，即可启动DCMI捕获图像数据。