基于三星S3C2440A的Micro2440視覺處理平臺的構(gòu)建
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1 系統(tǒng)整體流程
該平臺設(shè)計(jì)首先完成了基本的硬件初始化，而CMOS攝像頭驅(qū)動(dòng)以及相應(yīng)的圖像處理作為一個(gè)單獨(dú)的模塊進(jìn)行加載運(yùn)行。該嵌入式系統(tǒng)的加載啟動(dòng)任務(wù)是由BootLoader（BootLoader是嵌入式系統(tǒng)加電后運(yùn)行的第一段程序）來完成的。BootLoader分為兩個(gè)階段：第一階段通常由匯編語言實(shí)現(xiàn)完成部分硬件的初始化，創(chuàng)建C語言運(yùn)行環(huán)境；第二階段繼續(xù)進(jìn)行初始化完成MMU、LCD顯示等設(shè)置。在系統(tǒng)完成基本硬件的初始化工作后，便可以啟動(dòng)攝像頭進(jìn)行圖像、視頻的采集處理，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
BootLoader的第一階段啟動(dòng)的流程依次為：ARM啟動(dòng)或重啟→設(shè)置中斷向量→禁止看門狗、中斷→設(shè)置時(shí)鐘→Sdram初始化→復(fù)制RO/RW段到Sdram→ZI段清零→堆棧初始化→跳轉(zhuǎn)到main函數(shù)。第二階段則完成了以下操作：main函數(shù)→端口初始化→設(shè)置中斷請求→設(shè)置主頻→串口初始化→設(shè)置MMU→打開Cache→LCD初始化。ARM系統(tǒng)MMU的設(shè)計(jì)為了便于實(shí)現(xiàn)，采用了2段式的虛擬地址分配方式，每個(gè)頁（Section）的大小設(shè)置為1MB;同時(shí)為了減少對S3C2440地址的修改，采用了虛擬地址與物理地址相同的地址分配方式。
2 LCD設(shè)計(jì)
Micro2440開發(fā)板配有240×320/NEC3.5英寸T- FT真彩液晶屏，正確設(shè)置后能夠顯示清晰的圖像、視頻。S3C2440A的LCD控制器支持的屏幕大小包括480×640、240×320以及160×160等尺寸，能夠產(chǎn)生VFRAME、VLINE、VCLK、VM等控制信號。這些控制信號的使用需要配置S3C2440A的C端口為LCD控制。同時(shí)LCD的數(shù)據(jù)線VD[0]~ VD[7]也由C端口控制，VD[8]~VD[23]則由D端口控制，需要設(shè)置做為LCD數(shù)據(jù)線。由于使用的是TFT真彩液晶屏，需要把LCD控制寄存器設(shè)置為TFT模式，這里設(shè)置為TFT的16BPP（Bits Per Pixel）模式；同時(shí)還需要對LCDCON5進(jìn)一步設(shè)置為5:6:5或5:5:5:1格式，這里設(shè)置RGB格式為5:6:5格式，此信號在OV9650傳輸如圖2所示[2]。以便和攝像頭的視頻輸出格式相一致，否則需要進(jìn)行格式的轉(zhuǎn)化。在設(shè)置完幀緩存地址后，寫入數(shù)據(jù)，便可以實(shí)現(xiàn)圖像的顯示，格式轉(zhuǎn)換過程如圖3所示。
3 攝像頭驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)
Micro2440開發(fā)板的配套攝像頭型號為OV9650，該攝像頭具有130萬像素，輸出視頻格式為YCbCr格式，同時(shí)S3C2440A的CAMIF(Camera Interface) 提供了ITU-R BT.601/656 8位標(biāo)準(zhǔn)輸入的支持[3]，最大可采樣4 096×4 096像素的圖像[4],在Preview模式下支持輸出RGB 16/24 bit格式，這對于數(shù)字圖像的處理帶來了便利條件。S3C2440A的CAMIF與OV9650的連接如圖4所示。
OV9650驅(qū)動(dòng)流程如下：設(shè)置Camera全局控制寄存器，并復(fù)位→配置S3C2440A的J端口→使能OV9650的Normal模式→設(shè)置接口時(shí)鐘→通過I2CSCL，I2C-SDA與SID_C, SID_D信號建立S3C2440A與OV9650的通信→設(shè)置OV9650的寄存器組→初始化3C2440A攝像頭接口，包括捕獲圖像的寬、高、偏移、輸入格式、輸出格式、緩沖區(qū)地址等→將OV9650將LCD緩沖區(qū)地址更改到Camera的緩沖區(qū)地址，以顯示Camera圖像→清除中斷→設(shè)置中斷處理函數(shù)→開始捕獲圖像。
其中，OV9650與S3C2440A的通信采用了兩線制的SCCB (Serial Camera Control Bus) [5]，通過該接口可實(shí)現(xiàn)各種圖像增強(qiáng)和控制功能，如自動(dòng)曝光、自動(dòng)增益、自動(dòng)白平衡控制等，以及控制圖像色彩、飽和度、銳化、鏡頭校準(zhǔn)等[6]。S3C2440A控制端口產(chǎn)生SCCB的啟動(dòng)、停止等控制信號，SCCB 協(xié)議中開始條件定義為:在SID_C 為高電平時(shí), SID_D出現(xiàn)一個(gè)下降沿,則SCCB開始傳輸;停止條件定義為:在SID_C為高電平時(shí), SID_D出現(xiàn)一個(gè)上升沿,則SCCB停止傳輸；在數(shù)據(jù)傳輸時(shí),SID_C為高電平時(shí),需要SID_D上的數(shù)據(jù)的穩(wěn)定,以便傳輸，如圖5所示。
以寫一位數(shù)據(jù)傳輸為例，基本流程為：將數(shù)據(jù)放在SID_D上→啟動(dòng)SID_C進(jìn)行傳輸→延時(shí)傳輸后停止SID_C；同理，傳輸8位數(shù)據(jù)則需循環(huán)8次。類似地，讀取時(shí)基本流程為：啟動(dòng)SID_C→讀取SID_D→停止SID_C。一個(gè)完整的數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶懼芷陧樞驗(yàn)椋簩憦脑O(shè)備的ID→寫設(shè)備寄存器的地址→將此寄存器中寫入數(shù)據(jù)。
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