基于Quick Capture技術(shù)的攝像頭驅動(dòng)方案
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關(guān)鍵詞：嵌入式系統 驅動(dòng)程序 快速捕捉 攝像頭
隨著(zhù)嵌入式處理器的普及和硬件成本的不斷降低，具有拍照和攝像功能的手機逐步走進(jìn)了人們的生活。但由于嵌入式處理器的速度有限，在處理圖形和多媒體數據方面顯得力不從心，導致嵌入式系統的攝像頭分辨率低、色深低、數據傳送速度慢，無(wú)法滿(mǎn)足人們即時(shí)捕捉高質(zhì)量圖片和視頻的需求。Quick Capture技術(shù)是一種專(zhuān)為手持設備設計，用來(lái)改進(jìn)圖像質(zhì)量和傳輸速度的技術(shù)。本文基于Quick Capture技術(shù)，就攝像頭驅動(dòng)程序和圖片信息傳輸問(wèn)題，提供一種解決方案。
1 硬件介紹
本人選擇的嵌入式微處理器是2003年底Intel公司剛剛推出的一款專(zhuān)門(mén)面向移動(dòng)電話(huà)和掌上電腦的專(zhuān)用處理器，PXA27x系列，代號為Bulverde。該處理器采用了Quick Capture技術(shù)。Quick Capture為成像設備與無(wú)線(xiàn)設備提供接口，有助于改進(jìn)圖像質(zhì)量以及降低產(chǎn)品整體成本。該項技術(shù)包括快速瀏覽、快速拍照和快速視頻拍攝三種操作模式。該技術(shù)使得Bulverde可以支持400萬(wàn)像素數碼鏡頭，并能提供最大416Mbps的數據傳輸速率。
集成在該開(kāi)發(fā)板上的是Agilent公司的型號為ADCM-2650-0001的攝像頭感應器。在VGA（480640）分辨率下，每秒傳輸的圖片能達到15幀，具備自動(dòng)曝光和白平衡功能，并且針對嵌入式應用做了很多優(yōu)化處理，所以非常適合嵌入式領(lǐng)域的應用。ADCM-2650-0001內含3個(gè)獨立的FIFO條目，存儲從感應器捕捉到的視頻或者圖片數據信息。連接處理器和攝像頭感應器的是Quick Capture Interface(快速捕捉接口)，它提供了以下幾種類(lèi)型的寄存器：
①QCI（Quick Capture Interface）控制寄存器0～4；
②QCI時(shí)間間隔寄存器；
③QCI狀態(tài)寄存器；
④QCI FIFO控制寄存器；
⑤QCI接收緩沖區寄存器。
通過(guò)這些寄存器，可以控制整個(gè)處理器與感應器之間的工作流程。
攝像頭感應器與Intel XScale處理器之間的連接，如圖1所示。
2 接口的實(shí)現
本人采用的是ElaME1.0(“和欣”手機操作系統)作為嵌入式操作系統。這是一款由我國自主開(kāi)發(fā)的智能手機操作系統，基于微內核，具有多進(jìn)程、多線(xiàn)程、搶占式、基于線(xiàn)程的多優(yōu)先級任務(wù)調度等特性。和欣操作系統體積小，速度快，適合網(wǎng)絡(luò )時(shí)代的絕大部分嵌入式信息設備；除了支持攝像頭感應器外，還支持彩色LCD、觸摸屏、USB等多種嵌入式設備。
2.1 ElaME下的攝像頭驅動(dòng)模型
ElaME的驅動(dòng)模塊如圖2所示。
ElaME的驅動(dòng)模型與Unix、Windows操作系統的不一樣。它把驅動(dòng)程序構件化了，使得驅動(dòng)程序具備了構件的靈活等多種特性。例如：當操作系統啟動(dòng)時(shí)并不用加載所有的驅動(dòng)程序，而是當用戶(hù)需要用到該設備時(shí)才加載。這樣的設計使得在手機硬件資源比較緊張的環(huán)境中比傳統的嵌入式操作性系統具有更強的競爭力。設備管理器（device manager）是一個(gè)內核對象，管理系統中所有的設備與驅動(dòng)對象，負責設備信息的搜集、驅動(dòng)構件對象的創(chuàng )建和刪除、設備硬件資源的沖突檢測等。
攝像頭感應器驅動(dòng)就是一個(gè)構件對象，它的主要工作有以下幾點(diǎn)：
①負責通過(guò)I2C總線(xiàn)查詢(xún)攝像頭感應器信息，調節攝像頭感應器的設置；
②建立和控制DMA傳輸通道，通過(guò)DMA方式將3個(gè)FIFO里的數據信息傳送到的內存中；
③提供可以給用戶(hù)態(tài)程序使用的接口。
2．2 攝像頭感應器驅動(dòng)的關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現
下面從驅動(dòng)設計上，具體說(shuō)明如何基于Quick Capture技術(shù)，通過(guò)DMA方式在感應器的FIFO與內存之間建立最快速最高質(zhì)量的數據傳送。
在PXA27x型號的處理器中，有兩種內部外圍器件：外部總線(xiàn)的外圍器件（PBP）和內部總線(xiàn)的外圍器件（IBP）?？焖俨蹲浇涌冢≦uick Capture Interface）屬于IBP。內部總線(xiàn)的外圍器件通過(guò)外圍總線(xiàn)連接至DMAC，使用流數據傳送。DMAC有兩種工作方式：描述器取入方式和非描述器取入方式。因為當前手機上捕捉到的圖片大小分別是從QQVGA（160120）、QCIF（176144）、QVGA（320240）、VGA（480640）不等，最小QQVGA的每張圖片大小也有37.5KB，而每個(gè)描述器一次最大能傳送（8K-1）B，所以選擇多描述器鏈的方式。描述器鏈就是將該描述器的特定寄存器內存放的是下一個(gè)描述器的地址，當該描述器傳送完自身的數據后，能獲得下一描述器的地址，讀取描述器內的信息，然后繼續下一輪的數據傳送。每個(gè)FIFO都有自己的一串描述器鏈。如果是捕捉圖片，采用一個(gè)FIFO即可，如果捕捉視頻，要用到三個(gè)FIFO。
①根據圖片的格式來(lái)確定每幀的大小，如為RGB565格式。
frame_size=camera_info>capture_width*
camera_context->capture_height*2;
camera_info->fifo0_transfer_size=frame_size;
//以下為捕捉視頻
//camera_info->fifo1_transfer_size=0;
//camera_info->fifo2_transfer_size=0;
②根據每幀的大小和描述器一次能傳送的大小確定描述器的個(gè)數。
camera_info->fifo0_num_descriptors=
(camera_info->fifo0_transfer_size+SINGLE_DESCRIPTOR_TRANSFER_MAX-1)
/SINGLE_DESCRIPTOR_TRANSFER_MAX;
camera_info->fifo1_num_descriptors=…；
camera_info->fifo1_num_descriptors=…;
③判斷是否超過(guò)DMA規定的描述器的大小限制。
④分配DMA描述器的地址，并賦給FIFO0。
camera_context->fifo0_descriptors_physical=
(unsigned)camera_context->dma_descriptors_physical;
cur_des_physical=(DMAC_DESCRIPTOR_T*)
camera_context->fifo0_descriptors_physical
⑤將每個(gè)描述器與1幀圖片的每個(gè)數據塊建立一一對應的關(guān)系。
for(j=0;jcamera_context->fifo0_num_descriptors;j++){
//建立描述符
cur_des_virtual->DDADR=
(unsigned)cur_des_physical+sizeof(DMAC_DESCRIPTOR_T);
//FIFO0物理地址z
cur_des_virtual->DSADR=CI_REGBASE_PHY+CIBR0;
cur_des_virtual->DTADR=darget_physical;
cur_des_virtual->DCMD=des_rtansfer_size
|DMAC_DCMD_FLOW_SRC
|DMAC_DCMD_INC_TRG_ADDR
|(DMAC_BURSTSIZE_1616);
//向前移動(dòng)指針
remain_size-=des_transfer_size;
cur_des_virtual++;
cur_des_physical++;
target_physical+=des_transfer_size;
}
//停止DMA傳送捕捉的幀
last_des_virtual=cur_des_virtual-1;
last_des_virtual->DDADR=(unsigned)camera_context->fifo0_descriptors_physical;
以上都建立好以后，DMA就可以傳送數據了。傳送數據的流程如圖3所示。
結語(yǔ)
目前的嵌入式開(kāi)發(fā)板對于攝像頭感應器的數據傳送方式各不相同。如NeoMagic公司開(kāi)發(fā)的Mimagic5傳送圖片采用的是獨立的DMA功能，而傳送視頻采用的是特定的內存訪(fǎng)問(wèn)通道，Video Capture Interface不通過(guò)DMA方式；而Intel公司的PXA27x采用Quick Captre技術(shù)，從官方發(fā)布數據表明，明顯地提高了視頻信息的傳送速度。
隨著(zhù)嵌入式設備不斷的發(fā)展更新，將會(huì )有更多、更先進(jìn)、更高速的數據傳輸技術(shù)被應用到嵌入式開(kāi)發(fā)的各個(gè)領(lǐng)域。
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