SCCB通信規(guī)范 - 基于CMOS圖像傳感器OV7720的網(wǎng)絡(luò)攝像機設(shè)計

　　SCCB(Serial Camera Control Bus)是OminiVision公司定義的主從模式串行通信協(xié)議，用于控制該公司圖像傳感器系列芯片的內(nèi)部寄存器。該協(xié)議有通信使能信號SIO_E、時鐘信號SIO_C和數(shù)據(jù)信號SIO_D，在簡化引腳的封裝中不再提供SIO_E引腳，協(xié)議也變成了兩線串行通信。協(xié)議支持的最高串行通信速率是400 Kb/s，規(guī)定圖像傳感器在通信中只能作為SLAVE工作。一SCCBMASTER可以控制1～8個SLAVE工作，由不同的ID來識別，在只有一個SLAVE時固定SLAVE的ID為42H(寫)和43H(讀)。該協(xié)議符合網(wǎng)絡(luò)攝像機CPU的I2C口時序子集，設(shè)計中OV529作為SCCB的MASTER，并且只帶1個SLAVE OV7720。協(xié)議要求數(shù)據(jù)線必須在時鐘信號高電平期間穩(wěn)定，在低電平時更新。協(xié)議支持3字節(jié)寫、2字節(jié)寫和2字節(jié)讀三種傳輸模式。傳輸數(shù)據(jù)時每個字節(jié)包括9位串行數(shù)據(jù)位，除了8位數(shù)據(jù)，還有第9位不相關(guān)位或NA位，用在有多個SLAVE的系統(tǒng)來標(biāo)識通信是否完成。SLAVE可以用兩種方式應(yīng)答該位，一種是正在被寫的SLAVE在收到數(shù)據(jù)后驅(qū)動該位為0表示成功;另一種是SLAVE不應(yīng)答該位，這種情況下所有SLAVE的第9位保持懸空。在3字節(jié)寫周期MASTER必須提供子地址，即芯片中寄存器的地址，第3字節(jié)為所寫數(shù)據(jù)。讀周期不提供子地址，但必須由MASTER把數(shù)據(jù)后的NA位(第9位)驅(qū)動為高電平。所以在每個讀周期前必須有3字節(jié)或2字節(jié)寫操作，使SLAVE獲得寄存器地址，其中的2字節(jié)寫周期并沒有寫數(shù)據(jù)，它的用途是在讀操作前提供給SLAVE子地址。

　　3 硬件系統(tǒng)實現(xiàn)

　　3.1 微控制器模塊

　　微控制器模塊是該系統(tǒng)的核心部件，采用Atmel公司的ARM7芯片AT91SAM7X256作為系統(tǒng)的主控芯片。它是一款A(yù)tmel 32位ARM RISC處理器小引腳數(shù)FLASH微處理器，主頻為55 MHz，處理速度快，功能強，性價比高，能很好地滿足嵌入式Linux系統(tǒng)的需求。它在系統(tǒng)中的主要作用是在系統(tǒng)上電時配置其他芯片的功能寄存器，在正常工作狀態(tài)下調(diào)度整個系統(tǒng)工作，通過片內(nèi)以太網(wǎng)控制器控制物理層芯片發(fā)送碼流，并通過片內(nèi)的SPI總線實現(xiàn)對外圍DATAFLASH和SDRAM的控制。

　　3.2 網(wǎng)絡(luò)模塊

　　AT91SAM7X256的在片以太網(wǎng)卡端口與網(wǎng)絡(luò)物理層芯片DM9161E的MII接口通信。發(fā)送數(shù)據(jù)時首先置發(fā)送使能信號ETXEN有效。數(shù)據(jù)發(fā)送端ETX0～ETX1與DM9161E的ETX0～ETX1引腳對應(yīng)連接，作為數(shù)據(jù)發(fā)送通道，以DM9161E的時鐘信號REF_CLK發(fā)送數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)接收端ERX0～ERX1與DM9161E的RXD0～RXD1引腳對應(yīng)連接，作為數(shù)據(jù)接收通道。管理時鐘信號EMDC和管理數(shù)據(jù)輸入/輸出信號EMDIO用于芯片控制參數(shù)的寫入和讀取。DM9161E的MDINTR端用來產(chǎn)生中斷信號。片內(nèi)以太網(wǎng)卡通過DMA通道進行數(shù)據(jù)發(fā)送，不影響AT91SAM7X256的正常運行。首先正確設(shè)置傳送控制寄存器和傳送地址寄存器的傳送數(shù)據(jù)塊字節(jié)數(shù)、數(shù)據(jù)塊存儲首地址等參數(shù)，隨后依次從指定數(shù)據(jù)存儲區(qū)地址讀取數(shù)據(jù)，送入內(nèi)部發(fā)送緩沖器中，由MAC對數(shù)據(jù)進行封裝發(fā)送，同時記錄已傳送字節(jié)數(shù)，直到數(shù)據(jù)塊發(fā)送完畢。當(dāng)發(fā)送完一組數(shù)據(jù)后，發(fā)出DMA中斷請求，由AT91SAM-7X256進行相應(yīng)的處理。整個網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)電路由AT91SAM7X256控制和調(diào)度。

　　3.3 相機控制模塊

　　相機控制模塊包括圖像采集傳感器OV7720和相機控制芯片OV529。OV7720內(nèi)含A/D轉(zhuǎn)換和DSP，能夠直接將圖像信號數(shù)字化，并通過相機接口向OV529直接輸出并行的數(shù)字化圖像信號。

　　OV529自帶的MCU進行各種控制，它通過串行相機控制總線(SCCB)與OV7720交互控制信息實現(xiàn)對圖像傳感器的控制和數(shù)據(jù)采集。OV529包含一個壓縮引擎，對從OV7720采集的圖像信息幀進行壓縮，壓縮后的信號經(jīng)OV529的串行通信傳給主控芯片AT91SAM7X512，再經(jīng)AT91SAM7X512上的MAC層處理，通過網(wǎng)絡(luò)接口將視頻流發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上。

　　4 軟件設(shè)計

　　嵌入式Linux系統(tǒng)由4個部分組成：引導(dǎo)內(nèi)核啟動的文件bootloader，Linux內(nèi)核文件kernel，虛擬磁盤文件ramdisk和用戶空間文件use-r。它們分別被放在DATAFLASH內(nèi)的4個分區(qū)模塊中。根據(jù)不同模塊的具體功能采用不同的文件系統(tǒng)：bootloader，kernel，ramdisk。移植完成后不需要動態(tài)改變，使用較節(jié)省空間的ROMFS只讀文件系統(tǒng)。user模塊內(nèi)放置一些可以動態(tài)更新的配置文件等。需要進行較多次的讀/寫操作，所以使用支持動態(tài)擦寫保存的JFFS2文件系統(tǒng)。

　　4.1 CGI控制程序設(shè)計

　　應(yīng)用程序接口(Common Gateway Interface，CGI)，提供Web Server執(zhí)行外部程序的通道，CGI程序編譯成可執(zhí)行文件，放在服務(wù)器端運行，服務(wù)器根據(jù)用戶的請求調(diào)用相應(yīng)的CGI程序，并將CGI程序得到的動態(tài)信息封裝到頁面中，發(fā)送到用戶瀏覽器上。該系統(tǒng)CGI的工作過程是在PC機端的IE瀏覽器中輸入網(wǎng)絡(luò)攝像機IP地址，嵌入式網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器根據(jù)要求，將相應(yīng)的控制頁面反饋給IE瀏覽器，用戶填寫表單，然后提交，CGI程序提取信息，并根據(jù)得到的信息作相應(yīng)的處理，如調(diào)節(jié)相機的轉(zhuǎn)向、焦距等。CGI模塊的設(shè)計主要包括三部分：嵌入式Web服務(wù)器的配置、HTML頁面的編寫、CGI程序的設(shè)計。嵌入式Web服務(wù)器采用的是Apache，其配置是以配置文件的形式提供，放在Ramdisk中，其配置主要涉及配置根文件路徑、配置CGI外部程序所放的路徑和配置環(huán)境變量三個方面。網(wǎng)頁編寫采用HTML與SHTML相結(jié)合的方式。HTML的解析速度較快，SHTML可以在普通網(wǎng)頁中嵌入外部CGI程序，通過這種方式將系統(tǒng)的默認(rèn)配置反饋給客服端。CGI程序采用的是C語言和Shell腳本相結(jié)合的方式，具體編寫過程與Linux下編程相同。

　　4.2 解碼程序

　　該部分已成功做成Toolbox插件，該插件只要在PC機上注冊安裝后，就可方便地被網(wǎng)頁調(diào)用，從而實現(xiàn)在PC機上實時觀看視頻。安裝后的實圖如圖2所示。

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　　5 結(jié)語

　　本文利用CMOS圖像傳感器設(shè)計了一款嵌入式網(wǎng)絡(luò)攝像機。經(jīng)測試，系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠、實時性好，圖像清晰度明顯好于同價位的產(chǎn)品，完全可滿足目前網(wǎng)絡(luò)攝像頭市場對中、低端產(chǎn)品的要求，具有良好的市場前景。