ARM9平臺下的CMOS圖像傳感器數據采集系統

　　3.2 控制接口模塊

　　當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后將輸出一幀的數據，在每一行數據前也會(huì )輸出行同步信號，每一個(gè)像素有效信號觸發(fā)一個(gè)點(diǎn)的信號輸出，輸出有效窗口由HREF信號決定。由圖1、圖2可知，幀同步信號VSYNC標示一幀數據的開(kāi)始。然后，在每一個(gè)PCLK信號的作用下，傳感器順序地從左到右依次輸出每一個(gè)像素數據。當輸出的像素數據為有效數據時(shí)，HREF為有效電平。當一幀的所有數據都輸出后，則又產(chǎn)生一個(gè)幀同步信號VSYNC，開(kāi)始下一幀數據的傳輸。根據以上時(shí)序圖的特定，可以采用DMA的傳送方式來(lái)實(shí)現圖像傳感器到DRAM的數據傳輸?？梢允褂脦叫盘朧SYNC來(lái)作為主控制器的一個(gè)中斷輸入信號，以初始化DMA控制器，用水平同步信號HREF作為一個(gè)外部中斷輸入信號，以統計每行數據的輸出，用輸出數據同步信號PCLK作為DMA傳送的請求信號(Request)，以請求傳輸一個(gè)像素的數據信息。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)由雙向數據線(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、結束信號、應答信號和數據有效等狀態(tài)。當SCL持續為高電平時(shí)，SDA由“1”跳變到“0”，表示開(kāi)始信號;當SCL持續為高電平時(shí)，SDA由“0”跳變到“1”，表示結束信號;在數據傳輸過(guò)程中，SDA在時(shí)鐘高電平時(shí)有效，低電平時(shí)更換數據。開(kāi)始和結束信號均由主IIC產(chǎn)生，通過(guò)SDA傳輸的數據以字節(8 bit)為單位，高位在前，低位在后，在每個(gè)字節后面由接收端發(fā)送一個(gè)低電平的應答信號。

　　其讀寫(xiě)周期如下：當要進(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(zhù)發(fā)送需要寫(xiě)的寄存器的地址(sub_address)，再發(fā)送數據(data);當進(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(zhù)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，最后接收數據(data)。對于不同的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動(dòng)設計

　　CMOS圖像傳感器需要控制器S3C2410的驅動(dòng)才能正常工作，并輸出正確的圖像數據。為了實(shí)現CMOS傳感器和主存儲器(DRAM)之間的快速傳輸，可以采用DMA方式。DMA是一種快速傳送數據的機制，它不需要CPU的參與而實(shí)現高速外設和主存儲器之間自動(dòng)成批交換數據的操作方式。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)集成在控制器內部，因此，整個(gè)軟件驅動(dòng)只需要完成兩個(gè)功能模塊的設置：對主控制器S3C2410的設置;通過(guò)SCCB口對OV7141的設置。

　　4.1 對主控制器S3C2410的設置

　　a) 設置DMA的源地址為控制總線(xiàn)驅動(dòng)器的那一個(gè)地址，每一次傳輸該地址值不變化;

　　b) 設置DMA的目標地址為要保存圖像數據的內存區域的起始地址，每一次傳輸該值加1;

　　c) 設置DMA的計數器為有效窗口的像素數的個(gè)數;

　　d) 設置DMA中斷為軟件觸發(fā)，且設置PCLK、VSYNC、HREF為外部中斷觸發(fā)信號，以控制圖像數據的輸出。

　　4.2 通過(guò)SCCB接口對OV7141的設置

　　a) 讀OV7141的1C、1D寄存器，判斷芯片是否正常;

　　b) 設置13寄存器為0x07，允許AGC，允許白平衡;

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

　　d) 設置17、18、19、lA寄存器，設置HREF和VSYNC信號的起始與停止;

　　e) 設置28寄存器為0x60，設置為黑白模式和逐行掃描模式。

　　5 實(shí)驗與討論

　　本系統中，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，數據保存在系統中一片SDRAM中。實(shí)驗表明，系統每秒能穩定采集到15幀圖像數據。若要提高圖像采集的速率，可以再加入一塊雙端口SDRAM作為數據輸出緩存，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。

　　本設計是基于32位處理器的嵌入式圖像采集系統。設計中直接將主控制器S3C2410與圖像傳感器連接，再加上一些存儲芯片，構成一個(gè)簡(jiǎn)單的圖像采集系統，因而與其他大多數基于PC機的圖像采集系統相比具有結構簡(jiǎn)單、成本低、體積小、功耗低、通用性好等優(yōu)點(diǎn)，特別適合一些對體積、成本、功耗有較高要求的應用，如目前市場(chǎng)上的指紋識別系統等。因此，該系統具有廣泛的應用價(jià)值和一定的研究意義。