s3c2440的摄像接口应用
s3c2440提供了一个摄像接口，使开发人员很容易地实现摄像、照相等功能。摄像接口包括8位来自摄像头的输入数据信号，一个输出主时钟信号，三个来自摄像头的输入同步时钟信号和一个输出复位信号。摄像接口的主时钟信号由USB PLL产生，它的频率为96MHz，再经过分频处理后输出给摄像头，摄像头再根据该时钟信号产生三个同步时钟信号（像素时钟、帧同步时钟和行同步时钟），反过来再输入回s3c2440。
s3c2440仅仅提供了一个摄像接口，因此要实现其功能，还需要摄像头。在这里，我们使用OV9650。OV9650内部有大量的寄存器需要配置，这就需要另外的数据接口。OV9650的数据接口称为SCCB（串行摄像控制总线），它由两条数据线组成：一个是用于传输时钟信号的SIO_C，另一个是用于传输数据信号的SIO_D。SCCB的传输协议与IIC的极其相似，只不过IIC在每传输完一个字节后，接收数据的一方要发送一位的确认数据，而SCCB一次要传输9位数据，前8位为有用数据，而第9位数据在写周期中是Don’t-Care位（即不必关心位），在读周期中是NA位。SCCB定义数据传输的基本单元为相（phase），即一个相传输一个字节数据。SCCB只包括三种传输周期，即3相写传输周期（三个相依次为设备从地址，内存地址，所写数据），2相写传输周期（两个相依次为设备从地址，内存地址）和2相读传输周期（两个相依次为设备从地址，所读数据）。当需要写操作时，应用3相写传输周期，当需要读操作时，依次应用2相写传输周期和2相读传输周期。因此SCCB一次只能读或写一个字节。下面我们就用s3c2440的IIC总线接口分别与OV9650的SIO_C和SIO_D相连接来实现SCCB的功能。具体的读、写函数为：
//配置IIC接口
rGPEUP = 0xc000; //上拉无效
rGPECON = 0xa0000000; //GPE15：IICSDA，GPE14：IICSCL
//IIC中断
void __irq IicISR(void)
{
rSRCPND |= 0x1<<27;
rINTPND |= 0x1<<27;
flag = 0;
}
//写操作
//输入参数分别为要写入的内存地址和数据
void Wr_SCCB(unsigned char wordAddr, unsigned char data)
{
//3相写传输周期
//写OV9650设备从地址字节
flag =1;
rIICDS =0x60; //OV9650设备从地址为0x60
rIICSTAT = 0xf0;
rIICCON &= ~0x10;
while(flag == 1)
delay(100);
//写OV9650内存地址字节
flag = 1;
rIICDS = wordAddr;
rIICCON &= ~0x10;
while(flag)
delay(100);
//写具体的数据字节
flag = 1;
rIICDS = data;
rIICCON &= ~0x10;
while(flag)
delay(100);
rIICSTAT = 0xd0; //停止位
rIICCON = 0xe3; //为下一次数据传输做准备
delay(100);
}
//读操作
//参数分别为要读取的内存地址和数据
void Rd_SCCB (unsigned char wordAddr,unsigned char *data)
{
unsigned char temp;
//2相写传输周期
//写入OV9650设备从地址字节
flag =1;
rIICDS = 0x60;
rIICSTAT = 0xf0;
rIICCON &= ~0x10;
while(flag)
delay(100);
//写入内存地址字节
flag = 1;
rIICDS = wordAddr;
rIICCON &= ~0x10;
while(flag)
delay(100);
rIICSTAT = 0xd0; //停止位
rIICCON = 0xe3; //为下一次数据传输做准备
delay(100);
//2相读传输周期
//写入OV9650设备从地址字节
flag = 1;
rIICDS = 0x60;
rIICSTAT = 0xb0;
rIICCON &= ~0x10;
while (flag)
delay(100);
//读取一个无用字节
flag = 1;
temp = rIICDS;
rIICCON &= ~((1<<7)|(1<<4));
while(flag)
delay(100);
//读取数据
flag = 1;
*data= rIICDS;
rIICCON &= ~((1<<7)|(1<<4));
while(flag)
delay(100);
rIICSTAT = 0x90; //停止位
rIICCON = 0xe3; //为下一次传输做准备
delay(100);
}
当然我们也可以用两个通用IO口来模拟SCCB总线，下面我们给出具体的程序，其中GPE15为SIO_D，GPE14为SIO_C。
#define CLOCK_LOW() (rGPEDAT&=(~(1<<14))) //时钟信号低
#define CLOCK_HIGH() (rGPEDAT|=(1<<14)) //时钟信号高
#define DATA_LOW() (rGPEDAT&=(~(1<<15))) //数据信号低
#define DATA_HIGH() (rGPEDAT|=(1<<15)) //数据信号高
//配置IO
rGPEUP = 0xc000; //上拉无效
rGPECON = 5<<28; //GPE15为SIO_D，GPE14为SIO_C，都为输出
void delay(int a)
{
int k;
for(k=0;k<a;k++)
;
}
//启动SCCB
void __inline SCCB_start(void)
{
CLOCK_HIGH();
DATA_HIGH();
delay(10);
DATA_LOW();
delay(10);
CLOCK_LOW();
delay(10);
}
//结束SCCB
void __inline SCCB_end(void)
{
DATA_LOW();
delay(10);
CLOCK_HIGH();
delay(10);
DATA_HIGH();
delay(10);
}
//SCCB发送一个字节
void __inline SCCB_sendbyte(unsigned char data)
{
int i=0;
//并行数据转串行输出，串行数据输出的顺序为先高位再低位
for(i=0;i<8;i++)
{
if(data & 0x80)
DATA_HIGH();
else
DATA_LOW();
delay(10);
CLOCK_HIGH();
delay(10);
CLOCK_LOW();
delay(10);
DATA_LOW();
delay(10);
data <<= 1;
}
//第9位，Don’t Care
DATA_HIGH();
delay(10);
CLOCK_HIGH();
delay(10);
CLOCK_LOW();
delay(10);
}
// SCCB接收一个字节
void __inline SCCB_receivebyte(unsigned char *data)
{
int i=0;
int svalue=0;
int pvalue = 0;
rGPECON = 1<<28; //把GPE15输出改变为输入
//串行数据转并行输入，高位在前
for(i=7;i>=0;i--)
{
CLOCK_HIGH();
delay(10);
svalue = rGPEDAT>>15;
CLOCK_LOW();
delay(10);
pvalue |= svalue <<i;
}
rGPECON =5<<28; //再把GPE15改回为输出
//第9位，N.A.
DATA_HIGH();
delay(10);
CLOCK_HIGH();
delay(10);
CLOCK_LOW();
delay(10);
*data = pvalue &0xff;
}
//写操作
void SCCB_senddata(unsigned char subaddr, unsigned char data)
{
//3相写传输周期
SCCB_start(); //启动SCCB
SCCB_sendbyte(0x60); //OV9650设备从地址，写操作
SCCB_sendbyte(subaddr); //设备内存地址
SCCB_sendbyte(data); //写数据字节
SCCB_end(); //结束SCCB
delay(20);
}
//读操作
unsigned char SCCB_receivedata(unsigned char subaddr)
{
unsigned char temp;
//2相写传输周期
SCCB_start(); //启动SCCB
SCCB_sendbyte(0x60); //OV9650设备从地址，写操作
SCCB_sendbyte(subaddr); //设备内存地址
SCCB_end(); //结束SCCB
//2相读传输周期
SCCB_start(); //启动SCCB
SCCB_sendbyte(0x61); //OV9650设备从地址，读操作
SCCB_receivebyte(&temp); //读字节
SCCB_end(); //结束SCCB
return temp;
}
OV9650的寄存器较多，要想配置好这些寄存器是需要花费一些精力的。下面数组给出了一个VGA（640×480）模式下YUV彩色空间的配置例子，括号内第一个元素表示寄存器地址，第二个元素表示要写入的数据。
const unsigned char ov9650_register[ ][2] = {
{0x11,0x80},{0x6a,0x3e},{0x3b,0x09},{0x13,0xe0},{0x01,0x80},{0x02,0x80},{0x00,0x00},{0x10,0x00},
{0x13,0xe5},{0x39,0x43},{0x38,0x12},{0x37,0x00},{0x35,0x91},{0x0e,0xa0},{0x1e,0x04},{0xA8,0x80},
{0x12,0x40},{0x04,0x00},{0x0c,0x04},{0x0d,0x80},{0x18,0xc6},{0x17,0x26},{0x32,0xad},{0x03,0x00},
{0x1a,0x3d},{0x19,0x01},{0x3f,0xa6},{0x14,0x2e},{0x15,0x10},{0x41,0x02},{0x42,0x08},{0x1b,0x00},
{0x16,0x06},{0x33,0xe2},{0x34,0xbf},{0x96,0x04},{0x3a,0x00},{0x8e,0x00},{0x3c,0x77},{0x8B,0x06},
{0x94,0x88},{0x95,0x88},{0x40,0xc1},{0x29,0x3f},{0x0f,0x42},{0x3d,0x92},{0x69,0x40},{0x5C,0xb9},
{0x5D,0x96},{0x5E,0x10},{0x59,0xc0},{0x5A,0xaf},{0x5B,0x55},{0x43,0xf0},{0x44,0x10},{0x45,0x68},
{0x46,0x96},{0x47,0x60},{0x48,0x80},{0x5F,0xe0},{0x60,0x8c},{0x61,0x20},{0xa5,0xd9},{0xa4,0x74},
{0x8d,0x02},{0x13,0xe7},{0x4f,0x3a},{0x50,0x3d},{0x51,0x03},{0x52,0x12},{0x53,0x26},{0x54,0x38},
{0x55,0x40},{0x56,0x40},{0x57,0x40},{0x58,0x0d},{0x8C,0x23},{0x3E,0x02},{0xa9,0xb8},{0xaa,0x92},
{0xab,0x0a},{0x8f,0xdf},{0x90,0x00},{0x91,0x00},{0x9f,0x00},{0xa0,0x00},{0x3A,0x01},{0x24,0x70},
{0x25,0x64},{0x26,0xc3},{0x2a,0x00},{0x2b,0x00},{0x6c,0x40},{0x6d,0x30},{0x6e,0x4b},{0x6f,0x60},
{0x70,0x70},{0x71,0x70},{0x72,0x70},{0x73,0x70},{0x74,0x60},{0x75,0x60},{0x76,0x50},{0x77,0x48},
{0x78,0x3a},{0x79,0x2e},{0x7a,0x28},{0x7b,0x22},{0x7c,0x04},{0x7d,0x07},{0x7e,0x10},{0x7f,0x28},
{0x80,0x36},{0x81,0x44},{0x82,0x52},{0x83,0x60},{0x84,0x6c},{0x85,0x78},{0x86,0x8c},{0x87,0x9e},
{0x88,0xbb},{0x89,0xd2},{0x8a,0xe6},
};
另外OV9650有两个只读寄存器——0x1C和0x1D，用于存放厂家ID，数据分别为0x7F和0xA2，我们可以通过读取它们来判断s3c2440是否连接了OV9650。当确认连接了OV9650后，我们就可以把上面的那个数组写入OV9650内，如下所示。在这里我们总是认为s3c2440连接了OV9650。
void config_ov9650(void)
{
unsigned char temp;
int i;
//读取OV9650厂商ID
i=1;
while(i)
{
temp = SCCB_receivedata(0x1C); //或Rd_SCCB (0x1C,&temp);
if(temp==0x7F)
i=0;
}
i=1;
while(i)
{
temp = SCCB_receivedata(0x1D); //或Rd_SCCB (0x1D,&temp);
if(temp==0xA2)
i=0;
}
//复位所有OV9650寄存器
SCCB_senddata(0x12,0x80); //或Wr_SCCB (0x12,0x80);
delay(10000);
//配置OV9650寄存器
for(i=0;i<((sizeof(ov9650_register))/2);i++)
{
SCCB_senddata(ov9650_register[i][0],ov9650_register[i][1]);
//或Wr_SCCB (ov9650_register[i][0],ov9650_register[i][1]);
}
}
上面程序中，我们是用循环语句读取OV9650的寄存器0x1C和0x1D的，之所以这样，是为了防止只读取一次时，会有读取不正确的现象发生。而一旦正确读取了厂商ID信息，再读写OV9650寄存器，一般就不会发生读写的错误。
下面就介绍s3c2440摄像接口的相关配置。摄像接口有两个相互独立的DMA通道——P通道（预览通道）和C通道（编解码通道）。P通道主要是存储用于视频显示的RGB图像数据，C通道主要是存储用于编解码的YCbCr图像数据。在这里我们主要是把OV9650采集到的视频信息实时显示在LCD上，因此只介绍P通道的用法。
设置s3c2440摄像接口一个很重要的步骤就是设置视频尺寸大小。我们把由OV9650采集到的视频尺寸称为源，即源水平尺寸和源垂直尺寸，其中源水平尺寸必须是8的整数倍。这个尺寸是通过配置OV9650的相关寄存器实现的。我们把这两个值分别放入输入源格式寄存器CISRCFMT的第16位至第28位，和第0位至第12位内，例如通过OV9650，采集的到的视频尺寸为640×480，则把640和480分别放入寄存器CISRCFMT中的相应位置即可。我们把实际显示的视频尺寸称为目标，即目标水平尺寸和目标垂直尺寸，这里这个尺寸就是LCD的尺寸。我们把这两个值分别放入预览DMA目标图像格式寄存器CIPRTRGFMT的第16位至第28位，和第0位至第12位内，例如LCD的尺寸为320×240，则把320和240分别放入寄存器CIPRTRGFMT中的相应位置即可。另外还需要把这两个值的乘积放入预览缩放目标面积寄存器CIPRTAREA内。源尺寸和目标尺寸往往是不一样大小的，那么可能还需要设置偏移量，即水平偏移量和垂直偏移量，应该把这两个值分别放入窗口偏移寄存器CIWDOFST的第16位至第26位，和第0位至第10位内，其中这个寄存器的第31位用于控制是否需要设置偏移量，当偏移量为0或不需要设置偏移量时，这一位应为0，否则为1。显然，通过源尺寸、目标尺寸和偏移量的设置，可以实现被摄像物体的缩放效果。当然，要实现这种缩放效果，还需要配置预览预缩放比例控制寄存器CIPRSCPRERATIO、预览预缩放距离格式寄存器CIPRSCPREDST和预览主缩放控制寄存器CIPRSCCTRL，这些寄存器的相关参数是通过计算得到的，数据手册上有详细的说明，而且还有标准的函数可以调用，因此在这里就不过多介绍。
前面已经介绍过，摄像接口都是通过DMA实现数据交换的。s3c2440能够在内存中各开辟四块乒乓存储区域，用于实现P通道和C通道的快速数据传递。在P通道中，寄存器CIPRCLRSA1、CIPRCLRSA2、CIPRCLRSA3和CIPRCLRSA4分别用于表示这四块内存的首地址。另外在DMA数据传递中，还要让DMA知道如何进行传递，即一次传输多少个字节，这需要设置预览DMA控制相关寄存器CIPRCTRL的主突发长度和剩余突发长度，这两个值也可以通过调用标准函数来求得。另外在完成每一帧视频采集后，会触发一个视频中断。
下面就给出一段具体的程序，利用OV9650实时地在LCD上显示视频，并通过UART来控制视频，让视频图像放大，缩小，以及实现照相的功能（让图像定格在LCD上）。
…… ……
int com;
…… ……
//计算主突发长度和剩余突发长度，用于CIPRCTRL寄存器
void CalculateBurstSize(U32 hSize,U32 *mainBurstSize,U32 *remainedBurstSize)
{
U32 tmp;
tmp=(hSize/4)%16;
switch(tmp) {
case 0:
*mainBurstSize=16;
*remainedBurstSize=16;
break;
case 4:
*mainBurstSize=16;
*remainedBurstSize=4;
break;
case 8:
*mainBurstSize=16;
*remainedBurstSize=8;
break;
default:
tmp=(hSize/4)%8;
switch(tmp) {
case 0:
*mainBurstSize=8;
*remainedBurstSize=8;
break;
case 4:
*mainBurstSize=8;
*remainedBurstSize=4;
default:
*mainBurstSize=4;
tmp=(hSize/4)%4;
*remainedBurstSize= (tmp) ? tmp: 4;
break;
}
break;
}
}
//计算预缩放比率及移位量，用于CICOSCPRERATIO寄存器
void CalculatePrescalerRatioShift(U32 SrcSize, U32 DstSize, U32 *ratio,U32 *shift)
{
if(SrcSize>=64*DstSize) {
//Uart_Printf("ERROR: out of the prescaler range: SrcSize/DstSize = %d(< 64)/n",SrcSize/DstSize);
while(1);
}
else if(SrcSize>=32*DstSize) {
*ratio=32;
*shift=5;
}
else if(SrcSize>=16*DstSize) {
*ratio=16;
*shift=4;
}
else if(SrcSize>=8*DstSize) {
*ratio=8;
*shift=3;
}
else if(SrcSize>=4*DstSize) {
*ratio=4;
*shift=2;
}
else if(SrcSize>=2*DstSize) {
*ratio=2;
*shift=1;
}
else {
*ratio=1;
*shift=0;
}
}
//摄像接口初始化
//输入参数分别为预览目标宽和高（即LCD尺寸），以及水平和垂直偏移量
void CamInit(U32 PrDstWidth, U32 PrDstHeight, U32 WinHorOffset, U32 WinVerOffset)
{
U32 WinOfsEn;
U32 MainBurstSizeRGB, RemainedBurstSizeRGB;
U32 H_Shift, V_Shift, PreHorRatio, PreVerRatio, MainHorRatio, MainVerRatio;
U32 SrcWidth, SrcHeight;
U32 ScaleUp_H_Pr, ScaleUp_V_Pr;
//判断是否需要设置偏移量
if(WinHorOffset==0 && WinVerOffset==0)
WinOfsEn=0;
else
WinOfsEn=1;
SrcWidth=640/*源水平尺寸*/-WinHorOffset*2;
SrcHeight=480/*源垂直尺寸*/-WinVerOffset*2;
//判断尺寸是放大还是缩小
if(SrcWidth>=PrDstWidth)
ScaleUp_H_Pr=0; //down
else
ScaleUp_H_Pr=1; //up
if(SrcHeight>=PrDstHeight)
ScaleUp_V_Pr=0;
else
ScaleUp_V_Pr=1;
rCIGCTRL |= (1<<26)|(0<<27); //PCLK极性反转，外部摄像处理器输入
rCIWDOFST = (1<<30)|(0xf<<12); //清FIFO溢出
rCIWDOFST = 0; //恢复正常模式
rCIWDOFST=(WinOfsEn<<31)|(WinHorOffset<<16)|(WinVerOffset); //设置偏移量
rCISRCFMT=(1<<31)|(0<<30)|(0<<29)|(640/*源水平尺寸*/<<16)|(0<<14)|(480/*源垂直尺寸*/);
//设置内存首地址，因为是直接显示，所以设置为LCD缓存数组首地址
rCIPRCLRSA1 = (U32)LCD_BUFFER;
rCIPRCLRSA2 = (U32)LCD_BUFFER;
rCIPRCLRSA3 = (U32)LCD_BUFFER;
rCIPRCLRSA4 = (U32)LCD_BUFFER;
//设置目标尺寸，并且不进行镜像和旋转处理
rCIPRTRGFMT=(PrDstWidth<<16)|(0<<14)|(PrDstHeight);
//计算并设置突发长度
CalculateBurstSize(PrDstWidth*2, &MainBurstSizeRGB, &RemainedBurstSizeRGB);
rCIPRCTRL=(MainBurstSizeRGB<<19)|(RemainedBurstSizeRGB<<14);
//计算水平和垂直缩放比率和位移量，以及主水平、垂直比率
CalculatePrescalerRatioShift(SrcWidth, PrDstWidth, &PreHorRatio, &H_Shift);
CalculatePrescalerRatioShift(SrcHeight, PrDstHeight, &PreVerRatio, &V_Shift);
MainHorRatio=(SrcWidth<<8)/(PrDstWidth<<H_Shift);
MainVerRatio=(SrcHeight<<8)/(PrDstHeight<<V_Shift);
//设置缩放所需的各类参数
rCIPRSCPRERATIO=((10-H_Shift-V_Shift)<<28)|(PreHorRatio<<16)|(PreVerRatio);
rCIPRSCPREDST=((SrcWidth/PreHorRatio)<<16)|(SrcHeight/PreVerRatio);
rCIPRSCCTRL=(1<<31)|(1 /*24位RGB格式*/ <<30)|(ScaleUp_H_Pr<<29)|(ScaleUp_V_Pr<<28)|(MainHorRatio<<16)|(MainVerRatio);
//设置面积
rCIPRTAREA= PrDstWidth*PrDstHeight;
}
//摄像中断，在这里，除了清中断标志，没有其他操作
void __irq CamIsr(void)
{
rSUBSRCPND |= 1<<12;
rSRCPND |= 1<<6;
rINTPND |= 1<<6;
}
//UART中断
void __irq uartISR(void)
{
unsigned char ch;
rSUBSRCPND |= 0x3;
rSRCPND = 0x1<<28;
rINTPND = 0x1<<28;
ch = rURXH0; //接收字节数据
switch(ch)
{
case 0x11: //正常显示视频
com=1;
break;
case 0x22: //定格图像
com=2;
break;
case 0x33: //放大尺寸
com=3;
break;
case 0x44: //缩小尺寸
com =4;
break;
}
rUTXH0 = ch;
}
void Main(void)
{
int HOffset,VOffset;
//初始化UPLL，以得到OV9650的系统时钟
rUPLLCON = (56<<12) | (2<<4) | 1; //UPLL为96MHz
rCLKDIVN |= (1<<3); //UCLK = UPLL/2=48MHz
rCAMDIVN = (rCAMDIVN & ~(0xf))|(1<<4)|(2); //设置摄像接口时钟分频
…… ……
LCD_Init(); //初始化LCD，其中LCD的显示格式为24位RGB格式
rLCDCON1|=1; //开启LCD
//配置摄像接口引脚
rGPJCON = 0x2aaaaaa;
rGPJDAT = 0;
rGPJUP = 0; //上拉使能
//硬件复位摄像头
rGPJDAT |= 1<<12;
delay(100);
rGPJDAT &= ~(1<<12);
//软件复位摄像接口
rCIGCTRL |= (1<<31);
delay(100);
rCIGCTRL &= ~(1<<31);
delay(100);
//软件复位摄像头
rCIGCTRL |= (1<<30);
delay(300);
rCIGCTRL &= ~(1<<30);
delay(20000);
config_ov9650(); //配置OV9650寄存器
HOffset=0;
VOffset=0;
//初始化摄像接口
CamInit(320,240,HOffset,VOffset);
//开启摄像接口中断，
rSUBSRCPND |= 1<<12;
rSRCPND |= 1<<6;
rINTPND |= 1<<6;
rINTSUBMSK &= ~(1<<12);
rINTMSK &= ~(1<<6);
pISR_CAM = (U32)CamIsr;
rCIPRSCCTRL|=(1<<15); //预览缩放开启
rCIIMGCPT =(1<<31)|(1<<29); //预览缩放捕捉使能
com=0;
while(1)
{
switch(com)
{
case 1: //正常显示
com=0;
rCIPRSCCTRL|=(1<<15);
rCIIMGCPT =(1<<31)|(1<<29);
break;
case 2: //定格图像
com=0;
rCIPRSCCTRL&=~(1<<15);
rCIIMGCPT &=~((1<<31)|(1<<29));
break;
case 3: //放大视频
com=0;
if(HOffset==160)
break;
HOffset += 8;
VOffset += 8;
rCIPRSCCTRL&=~(1<<15);
rCIIMGCPT &=~((1<<31)|(1<<29));
CamInit(320,240,HOffset,VOffset);
rCIPRSCCTRL|=(1<<15);
rCIIMGCPT =(1<<31)|(1<<29);
break;
case 4: //缩小视频
com=0;
if(HOffset==0)
break;
HOffset -= 8;
VOffset -= 8;
rCIPRSCCTRL&=~(1<<15);
rCIIMGCPT &=~((1<<31)|(1<<29));
CamInit(320,240,HOffset,VOffset);
rCIPRSCCTRL|=(1<<15);
rCIIMGCPT =(1<<31)|(1<<29);
break;
}
}
}