【紫光同創(chuàng)國產(chǎn)FPGA教程】【第十五章】OV5640攝像頭顯示例程

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1. 實驗簡介

本實驗將采用500萬像素的OV5640攝像頭模組(模塊型號：AN5640)為大家顯示更高分辨率的視頻畫面。OV5640攝像頭模組最大支持QSXGA (2592x1944)的拍照功能，支持1080P、720P、VGA、QVGA視頻圖像輸出。本實驗將OV5640配置為RGB565輸出，先將視頻數(shù)據(jù)寫入外部存儲器，再從外部存儲器讀取送到VGA、LCD等顯示模塊。

2.實驗原理

2.1 OV5640傳感器簡介

OV5640攝像頭模組采用美國OmniVision(豪威)CMOS芯片圖像傳感器OV5640，支持自動對焦的功能。OV5640芯片支持DVP 和MIPI 接口,本實驗所用 OV5640攝像頭模組通過DVP接口和FPGA連接實現(xiàn)圖像的傳輸。

2.2 OV5640的參數(shù)說明

像素：硬件像素500W;

感光芯片：OV5640;

感光尺寸：1/4;

功能支持：自動對焦, 自動曝光控制(AEC),自動白平衡(AWB);

圖像格式 : RAW RGB, RGB565/555/444, YUV422/420和JPEG壓縮;

捕獲畫面：QSXGA(2592x1944), 1080p, 1280x960, VGA(640x480), QVGA(320x240)；

工作溫度：-30~70℃, 穩(wěn)定工作溫度為0~50℃

2.3 OV5640的寄存器配置

OV5640的寄存器配置是通過FPGA的I2C（也稱為SCCB接口）接口來配置。用戶需要配置正確的寄存器值讓OV5640輸出我們需要的圖像格式，實驗中我們把攝像頭輸出分辨率和顯示設(shè)備分辨率配置成一樣的， OV5640的攝像頭輸出的數(shù)據(jù)格式在以下的0x4300的寄存器里配置，在我們的例程中OV5640配置成RGB565的輸出格式。

關(guān)于OV5640的寄存器還有很多很多，但很多寄存器用戶無需去了解，寄存器的配置用戶可以按照OV5640的應用指南來配置就可以了。如果您想了解更多的寄存器的信息，可以參考OV5640的datasheet中的寄存器說明。

2.4 OV5640的RGB565輸出格式

OV5640在HREF信號為高時輸出一行的圖像數(shù)據(jù)，輸出數(shù)據(jù)在PCLK的上升沿的時候有效。因為RGB565顯示每個像數(shù)為16bit, 但OV5640每個PCLK輸出的是8bit,所以每個圖像的像數(shù)分兩次輸出，第一個Byte輸出為R4~R0和G5~G3， 第二個Byte輸出為G2~G0和B4~B0，將前后2個字節(jié)拼接起來就是16Bit RGB565數(shù)據(jù)。

3. 程序設(shè)計

前面的實驗已經(jīng)為本實驗做了大量的鋪墊，包括I2C寄存器的配置、外部存儲器的讀寫，本程序一個比較關(guān)鍵的地方在于視頻同時讀寫，如何做到讀寫不沖突？在設(shè)計幀讀寫模塊時就已經(jīng)考慮到這點，所以有幀基地址選擇，最大4幀選擇，每次讀視頻幀地址和正在寫的幀地址是不同的，而是上次寫入一幀數(shù)據(jù)的地址，這樣就可以避免讀寫沖突，避免視頻畫面裂開錯位。

cmos_8_16bit模塊完成攝像頭輸入的2個8bit數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到一個16bit數(shù)據(jù)（一個像素），數(shù)據(jù)位寬變成2倍，時鐘頻率不變，所以16bit數(shù)據(jù)是隔一個時鐘周期有效，并不是每個時鐘一直有效。

cmos_8_16bit模塊端口

cmos_write_req_gen模塊通過判斷攝像頭的列同步信號cmos_vsync的上升沿，生成ov5640數(shù)據(jù)寫入的請求信號，表示一幀圖像開始寫入請求。另外生成write_addr_index寫地址選擇和read_addr_index讀地址選擇，這里read_addr_index的值會比write_addr_index的值延遲一幀，使得讀和寫的地址不沖突。

cmos_write_req_gen模塊端口

frame_read_write模塊我們已經(jīng)在前面的例程中使用過，在這里就是把攝像頭采集的數(shù)據(jù)存入寫FIFO里，然后產(chǎn)生DDR3的Burst寫請求，寫入到DDR3中，另外讀也是一樣，當讀FIFO里的數(shù)據(jù)小于一定值時，產(chǎn)生DDR3的Burst讀請求。在這里我們實例化了2個frame_read_write模塊，分別對應2路視頻的數(shù)據(jù)存儲和讀取。這里每路視頻的DDR3的存儲地址是不一樣的。

第一路視頻的存儲地址如下：

第二路視頻的存儲地址如下：

video_rect_read_data模塊功能跟HDMI字符顯示osd_display模塊的功能類似，本例程中是把從DDR3里讀取的視頻圖像跟彩條圖像疊加，因為ax7035使用的是雙目攝像頭，所以需要調(diào)用2個video_rect_read_data模塊。

4. 實驗現(xiàn)象

1）將攝像頭模塊插入開發(fā)板，保證1腳對齊，1腳在焊盤形狀和其他引腳是有明顯區(qū)別的，是方形的。

AN5640攝像頭模塊連接開發(fā)板連接圖

AN5642攝像頭模塊連接開發(fā)板連接圖

2）如果使用HDMI來顯示，連接好HDMI顯示器，如果使用液晶屏顯示，插入液晶屏模塊，連接方法在《HDMI測試實驗教程》中已講述。

3）下載實驗程序，可以看到攝像頭模塊輸出的視頻。注意：ov5640模塊焦距是可調(diào)的，如果焦距不合適，圖像會模糊，旋轉(zhuǎn)鏡頭，可以調(diào)節(jié)焦距。攝像頭模塊要輕拿輕放，不要用手觸摸元器件。

實驗效果圖