基于OV5640的FPGA-RAM HDMI显示

2.2.1 OV5640 Sensor简介

  目前市场上的摄像头产品采用的 CMOS 品牌较多，主流的要有 Hynix（海力士）、 Micron（镁光）、 OmniVision（豪威）、 PIXART（原相科技）， Sansung（三星）、格科（Gcoreinc） Cisco（思科）、等， 其中前四家的市场占有率达到 90%。   使用 Micron、 OmniVision、 Gcoreinc 的 CMOS Sensor， 这三者在成本、成像效果，以及噪声、 感光度、 帧率等特性上各有差异， 但总体上开发流程一致，只需要通过寄存器的配置，就能通过捕获， 得到配置参数的视频图像数据。   OV5640的实物见图2 13，该摄像头主要由镜头、图像传感器、板载电路及下方的信号引脚组成。

  OV5640模组带有自动对焦功能，引脚的定义见下图。

  信号引脚功能介绍如下，介绍如下表。

  OV5640功能框图如下：

  标号①处的是OV5640的控制寄存器，它根据这些寄存器配置的参数来运行，而这些参数是由外部控制器通过SIO_C和SIO_D引脚写入的，SIO_C与SIO_D使用的通讯协议跟I2C十分类似，在FPGA中我们完全可以直接IO模拟硬件外设来控制。   控制OV5640涉及到它很多的寄存器，可直接查询《ov5640datasheet》了解，通过这些寄存器的配置，可以控制它输出图像的分辨率大小、图像格式及图像方向等。要注意的是OV5640寄存器地址为16位。   官方还提供了一个《OV5640_自动对焦照相模组应用指南(DVP_接口)__R2.13C.pdf》的文档，它针对不同的配置需求，提供了配置范例。   标号②处包含了OV5640的通信、控制信号及外部时钟，其中PCLK、HREF及VSYNC分别是像素同步时钟、行同步信号以及帧同步信号，这与液晶屏控制中的信号是很类似的。RESETB引脚为低电平时，用于复位整个传感器芯片，PWDN用于控制芯片进入低功耗模式。注意最后的一个XCLK引脚，它跟PCLK是完全不同的，XCLK是用于驱动整个传感器芯片的时钟信号，是外部输入到OV5640的信号；而PCLK是OV5640输出数据时的同步信号，它是由OV5640输出的信号。XCLK可以外接晶振或由外部控制器提供，若要类比XCLK之于OV5640就相当于HSE时钟输入引脚与STM32芯片的关系，PCLK引脚可类比STM32的I2C外设的SCL引脚。   标号③处的是感光矩阵，光信号在这里转化成电信号，经过各种处理，这些信号存储成由一个个像素点表示的数字图像。   标号④处包含了DSP处理单元，它会根据控制寄存器的配置做一些基本的图像处理运算。这部分还包含了图像格式转换单元及压缩单元，转换出的数据最终通过Y0-Y9引脚输出，一般来说我们使用8根据数据线来传输，这时仅使用Y2-Y9引脚，OV5640与外部器件的连接方式见下图。

  标号⑤处为VCM处理单元，他会通过图像分析来实现图像的自动对焦功能。要实现自动对焦还需要下载自动对焦固件到模组，后面摄像头实验详细介绍这个功能。

2.2.2 OV5640 Sensor寄存器设置

OV5640 的上电要求

  为了让 OV5640 上电后能正常工作， OV5640 癿程序讴计中需要考虑 OV5640 的上电时序的要求。OV5640 癿上电步骤如下：   步骤 1 : ResetB 拉低，复位 OV5640。PWDN 引脚拉高。   步骤 2 : DOVDD 和 AVDD 两路最好同时上电， 返在模组癿电源讴计中实现。   步骤 3 : 等电源稳定 5 毫秒后，拉低 PWDN。   步骤 4 : PWDN 置低 1 毫秒后, 拉高 ResetB。   步骤 5 : 20 毫秒后, 初始化 OV5640 的SCCB 寄存器设置。

  关于详细的寄存器设置，可以参考《从零开始走进OV7670世界.pdf》《OV5640_datasheet.pdf》

2.3 FPGA实现

  根据协议对寄存器的配置，输出视频流大小为1024x768，每一个像素点是16位，所以，生成如下大小的双端口BRAM。

根据写有效信号驱动写地址变化 代码2 1

1.	always @(posedge cam_pclk,negedge rst_n) begin
2.	    if(~rst_n) begin
3.	        addra<=0;
4.	    end else begin
5.	        if(wr_en) begin
6.	            addra<=addra+1;
7.	            if(addra==20'hc0000-1) addra<=0;
8.	        end
9.	    end
10.	end

读地址同理实现 代码2 2

1.	always @(posedge clk_65m,negedge rst_n) begin
2.	    if(~rst_n) begin
3.	        addrb<=0;
4.	    end else begin
5.	        if(rd_en) begin
6.	            addrb<=addrb+1;
7.	            if(addrb==20'hc0000-1) addrb<=0;
8.	        end
9.	    end
10.	end

更为详细的代码，大家可以参考源码，这部分代码主要是为了验证OV5640的寄存器设计的正确性。

链接: https://pan.baidu.com/s/1Ad0s3vuwda0h2xive5vwrg 提取码: mq3i