嵌入式系列文章
參考：《STM32F429_DM00031020_ENV19.pdf》
本文目的：翻譯STM32F429的PRM，深入理解DCMI接口的工作原理，最后將DCMI工作原理轉換成驅動代碼。
DCMI：Digital camera interface，數字攝像頭接口

15.1 介紹

數字攝像頭接口是一種同步并行的接口，可以從外部8位、10位、12位或14位寬的CMOS攝像頭模組獲取高速數據流。支持不同的數據格式：YCbCr4:2:2/RGB565漸進式視頻和壓縮的數據（JPEG）。
這個接口用于黑白相機、X24和X5相機（24倍變焦和5倍變焦？），并且假設所有預處理（如調整大小）都在相機模塊中執行。

15.2 DCMI主要功能

· 8-，10-，12-，或 14-位并行接口；
· 內嵌式或硬線式的行和幀同步；
· 連續或快照模式；
· 裁剪功能；
· 支持下面的數據格式：
– 8/10/12/14位漸進式視頻：黑白單色或原始格式.raw原始格式.raw原始格式.raw
– YCbCr 4:2:2YCbCr 4:2:2YCbCr 4:2:2漸進式視頻（漸進式progressive，翻譯成“逐行掃描”更合適，與interlace隔行掃描相對應）
– RGB 565漸進式視頻
– 壓縮數據：JPEG

15.3 DCMI針腳

全部是輸入引腳。

15.4 DCMI時鐘

DCMI時鐘2個時鐘域：像素時鐘PIXCLK和模塊時鐘HCLK。在信號穩定后，跟隨PIXCLK產生的信號在HCLK的上升沿被采樣。HCLK域會產生一個使能信號，用于指示來自相機的數據已經穩定且能被采樣。PIXCLK的最小周期必須大于2.5倍的HCLK的周期。
備注：

根據STM32的時鐘樹，假設HCLK配置成180MHz，那么PIXCLK最大的頻率不能超過180/2.5=72MHz，對某些相機接口來說，這個頻率最大只能采集720p的圖像。

15.5 DCMI功能概覽

DCMI是一個同步并行接口，可以接收高速（最大可達54MByte/s）數據流。包括高達14根數據線（D13-D0）和一根像素時鐘線。像素時鐘線極性可編程，這樣數據可以在像素時鐘的上升沿或下降沿進行捕獲。
數據被傳送到一個32位的數據寄存器中（DCMI_DR），然后通過通用的DMA通道進行傳輸。圖像緩存由DMA來管理，而不是DCMI接口來管理。
接收到的數據可以組織成行/幀（YUV/RGB/raw模式）或可以是JPEG圖像序列。要使能JPEG圖片接收，必須設置JPEG位（DCMI_CR寄存器的bit3）。
數據流可以使用HSYNC（水平同步）和VSYNC（垂直同步）這種硬線方式，也可以使用內嵌到數據流中的同步碼的方式進行同步。
下圖是DCMI模塊框圖：

下圖是DCMI模塊頂層視圖：

15.5.1 DMA接口

當DCMI_CR寄存器中的CAPTURE位被設置時，DMA接口就會被激活。每次DCMI接收到32位的數據時就會產生一次DMA請求。

15.5.2 DCMI物理接口

接口包含11/13/15/17根輸入線（分別對應8/10/12/14位寬），只支持從設備模式。
接口的位寬取決于DCMI_CR寄存器的EDM[1:0]位。如果位寬小于14，則沒使用的數據引腳則不能被復用為DCMI接口。

數據由PIXCLK進行同步，并且根據極性配置，在像素時鐘的上升或下降沿進行改變。（備注：數據的改變由PIXCLK來驅動，DCMI內的數據采樣是HCLK的上升沿）
HSYNC表示行數據的開始和結束；
VSYNC表示幀數據的開始和結束；
下圖是DCMI 信號的時序圖：

1、圖中捕獲沿是PIXCLK的下降沿，HSYNC和VSYNC的激活狀態是1。
1、HSYNC和VSYNC可以同時改變。
● 8位數據
當DCMI_CR中的EDM[1:0]配置為00，則接口從輸入接口D[0:7]中捕獲8位LSB數據，并把它們存儲為8位數據，而D[13:8]就被忽略。這樣獲取32位的數據需要4個像素時鐘周期。
最先捕獲的數據放在32位數據的低地址處，而第4次捕獲到的數據放在高地址處，如下圖所示：

● 10位數據
當DCMI_CR中的EDM[1:0]配置為01，則DCMI從輸入引腳D[0…9]獲取10位數據存入16位數據的低10位。剩下的高位（DCMI_CR的bit11~15）配置為0。這樣32位數據需要2個像素時鐘周期可填滿。
存放方法同樣是先來的數據存放在低地址處，如下圖所示：

12bit和14位同理。

15.5.3 同步

DCMI接口支持內嵌碼或硬線（HSYNC和VSYNC）同步。在使用內嵌碼同步時，數字攝像頭模塊必須保證0x00和0xFF只用于同步，而不是數據。內嵌碼同步模式僅支持8位并行數據寬度（這樣，DCMI_CR寄存器的EDM[1:0]位必須要清零）。
對于壓縮的數據，DCMI只支持硬線同步模式。這樣VSYNC作為圖像的開始/結束，而HSYNC作為數據有效的信號。下圖是JPEG的時序圖：

● 硬線同步模式
在硬線同步模式下，使用了兩個同步信號（HSYNC和VSYNC）。
根據相機模組，數據會在水平/垂直同步期間傳輸。HSYNC/VSYNC 信號的作用類似于消隱信號，因為在 HSYNC/VSYNC 有效期間接收到的所有數據都將被忽略。（備注：HSYNC/VSYNC有效期間應該是指作為消隱信號時的有效期間）
為了正確地將圖片傳入DMA/RAM的緩存，數據需要在VSYNC信號的同步下進行傳輸。當使用硬線同步模式，且使能捕獲（設置DCMI_CR的CAPTURE位），則數據傳輸由VSYNC的非激活狀態（下一幀的開始）進行同步。
傳輸可以連續地，通過使用DMA將連續的幀傳輸到連續的緩存區或相同/循環的緩存區中。為了允許DMA管理連續的幀，VSIF（垂直同步中斷標志）會在每幀結尾進行激活。
● 內嵌碼同步模式
在這種同步模式下，數據流使用嵌入在數據流中的 32 位代碼進行同步。 這些代碼使用數據中不再使用的 0x00/0xFF 值。 有 4 種類型的代碼，均采用 0xFF0000XY 格式。 嵌入式同步代碼僅在 8 位并行數據寬度捕獲中受支持（在 DCMI_CR 寄存器中，EDM[1:0] 位應編程為“00”）。 對于其他數據寬度，此模式會產生不可預知的結果，不得使用。
注意：相機模塊可以有 8 個這樣的代碼（在交錯模式下）。 出于這個原因，相機接口不支持交錯模式（否則每隔半幀就會被丟棄）。
· 模式2
四個嵌入代碼表示以下事件
– 幀開始：Frame start (FS)
– 幀結束：Frame end (FE)
– 行開始：Line start (LS)
– 行結束：Line end (LE)
四個代碼的 0xFF0000XY 格式的 XY 值是可編程的（參見第 15.8.7 節：DCMI 嵌入式同步代碼寄存器（DCMI_ESCR））。
[備注]：DCMI_ESCR寄存器：
`DCMI_ESCR寄存器

FEC：Frame end delimiter code，幀結束分隔代碼
該字節指定幀結束分隔符的代碼。 代碼由 0xFF、0x00、0x00、FEC 形式的 4 個字節組成。如果 FEC 編程為 0xFF，則所有未使用的代碼 (0xFF0000XY)解釋為幀結束分隔符。
LEC: Line end delimiter code，行結束分隔代碼
該字節指定行尾分隔符的代碼。 該代碼由 0xFF、0x00、0x00、LEC 形式的 4 個字節組成。
LSC: Line start delimiter code，行開始分隔代碼
該字節指定行起始分隔符的代碼。 該代碼由 4 個字節組成，形式為 0xFF、0x00、0x00、LSC。
FSC: Frame start delimiter code，幀起始分隔代碼
如果 FSC 編程為 0xFF，則不會檢測到幀起始分隔符。 但是，FEC 代碼之后第一次出現的 LSC 將被解釋為幀分隔符的開始。
0xFF被編程為“幀結束” ，意味著所有未使用的代碼都被解釋為有效的幀結束代碼。
在此模式下，一旦啟用了相機接口，幀捕獲在第一次出現幀結束 (FE) 代碼后開始，然后是幀開始 (FS) 代碼。
· 模式1
另一種編碼是相機模式 1。此模式與 ITU656 兼容。 這些代碼標志著另一組事件：
– SAV（活動行）- 行開始
– EAV（活動行）- 行結束
– SAV（消隱）- 幀間消隱期間的行尾
– EAV（消隱） - 幀間消隱期間的行尾
通過編寫以下代碼可以支持此模式：
? FS ≤ 0xFF
? FE ≤ 0xFF
? LS ≤ SAV (active)
? LE ≤ EAV (active)
還為幀/行開始和幀/行結束代碼實現了嵌入的非屏蔽碼。 使用它，可以僅將選定的未屏蔽位與編程代碼進行比較。 因此，您可以在嵌入代碼中選擇一個位進行比較并檢測幀/行開始或幀/行結束。 這意味著幀/行開始和幀/行結束可以有不同的代碼，但未屏蔽的位保持相同。
例如：
FS = 0xA5
FS的非屏蔽碼是0x10
在這種情況下，幀起始碼嵌入在幀起始碼的第 4 位。
備注：非屏蔽碼位取0表示屏蔽，1表示未屏蔽，通過屏蔽碼，可以選擇某個位作為同步信號，而被屏蔽的位可以取其他的值。對STM32來說，只關注未屏蔽未，只要未屏蔽位出現同步信號就會進行同步。

15.5.4 捕獲模式

DCMI接口支持2種捕獲模式：快照模式（單幀）和連續抓取。
● 快照模式（單幀）
在這種模式下，可以捕獲到一個單幀（DMCI_CR寄存器中的CM=1）。在DCMI_CR的CAPTURE位被置位，在采樣數據之前，DCMI接口要等待檢測到一個幀啟動信號。在完成第一幀的數據接收后，DCMI會自動除能（CAPTURE位被清零）。如果使能了中斷則此時會產生一個中斷。
當發生超限事件（overrun），則幀被丟棄，并且CAPTURE位被清零。快照模式下的時序圖如下圖所示：

這里HSYNC和VSYNC的激活狀態都是1，這兩個信號可以同時變更狀態。
● 連續抓取模式
在這種模式下（DCMI_CR的CM位為0），一旦DCMI_CR中的CAPTURE位被設置，則抓取程序會在下一個VSYNC信號或內嵌碼模式下的幀開始FS信號到來后啟動。該進程會一直持續直到CAPTURE位被清零。 一旦CAPTURE位被清零，抓取進程會持續到當前幀結束。

在連續抓取模式下，你可以配置DCMI_CR寄存器中的FCRC位來抓取所有圖像、每兩幀抓一幀，或每四幀抓一幀，來減少幀的捕獲率。
注意：在硬線同步模式下（DCMI_CR的ESS=0），IT_VSYNC中斷依然會在CAPTURE=0時產生，所以，為了減少幀率，IT_VSYNC中斷可以用來累計兩次捕獲的幀數，并且和快照模式結合起來用。這在內嵌碼模式下是不允許的。

15.5.5 裁剪功能

使用裁剪功能，DCMI接口可以在接收到的圖片中選取一個矩形窗。起點（左上角）坐標和大小（水平維度是像素時鐘個數，而垂直維度是行數）由兩個32位的寄存器（DCMI_CWSTRT和DCMI_CWSIZE）來指定。窗口的大小水平維度是像素時鐘的個數，垂直維度是行數。

這些寄存器指定了捕獲窗口的起始坐標，一個是行數（在一幀中是從0開始），一個是像素時鐘數（在一行中是從0開始），還指定了窗口的大小，即行數和像素時鐘數。DCMI_CSIZE中的CAPCNT值只能是4的倍數，這樣才能正確地使用DMA進行傳傳輸。
如果VSYNC在DCMI_CSIZE寄存器中的行數到達之前被激活，則捕獲停止且IT_FRAME中斷產生。

15.5.6 JPEG格式

為了允許JPEG格式圖像的接收，需要設置DCMI_CR寄存器中的JPEG位。JPEG圖片不是以行和幀的格式存儲，所以VSYNC作為捕獲的起始信號，而HSYNC作為數據使能信號。一行的數據字節數不一定是4的倍數，所以你需要小心處理這種情況，因為一個DMA請求是每次完成32位數據傳輸才會產生的。如果檢測到了幀結束，但是32位數據沒完全傳輸完，則剩下的數據會是0，而且產生DMA請求。
裁剪功能和內嵌碼同步碼不支持在JPEG格式下使用。

15.5.7 FIFO

一個四字的FIFO用來管理傳輸到AHB總線上的數據率。DCMI接口具備一個簡單的FIFO控制器，每次從AHB接口讀的時候增加讀指針，每次往FIFO中寫數據的時候增加寫指針。這里沒有過載保護以防止數據被寫覆蓋，如果AHB接口不支持該數據傳輸率的話。
一旦產生過載或同步信號的錯誤，則FIFO會被復位，并且DCMI等待新的幀啟動信號。

15.6 數據格式描述

15.6.1 數據格式

支持三種類型的數據：
● 8位的漸進視頻；
● YCbCr 422
● RGB565
壓縮數據：JPEG
對黑白數據、YUV、RGB數據來說，最大輸入尺寸是2048*2048。JPEG格式下沒限制。
對于單色、RGB 和 YCbCr，幀緩沖區以光柵模式存儲。使用32bit的數據寬度。只支持小端模式。下圖是像素光柵掃描順序。

15.6.2 單色格式

特點：
● 光柵格式
● 每個像素8位
下圖展示了這種數據的存儲方式：

15.6.3 RGB格式

特點：
● 光柵格式
● RGB
● 交錯的：一個緩存中RGB交錯，BRGBRGBRG等
● 針對顯示輸出進行了優化
RGB 平面格式與標準 OS 幀緩沖區顯示格式兼容。只支持16BPP（bits per pixel），每32位數據2個像素。24BPP和灰度格式不支持。像素以光柵掃描順序存儲，即像素行從上到下，像素行內從左到右。 像素分量是 R（紅色）、G（綠色）和 B（藍色）。 所有組件都具有相同的空間分辨率（4:4:4 格式）。 一幀存儲在一個單獨的部分中，組件以像素為基礎交錯。下圖是RGB565的存儲格式：

15.6.4 YCbCr格式

特點：
● 光柵格式
● YCbCr 422
● 交錯：一個緩存中，Y，Cb和Cr交錯。
像素分量是 Y（亮度或“亮度”）、Cb 和 Cr（色度或“色度”藍色和紅色）。 每個分量都以 8 位編碼。 亮度和色度存儲在一起（交錯），如下圖 所示。

15.7 DCMI中斷

產生五個中斷。所有中斷都可以被軟件屏蔽。全局中斷（IT_DCMI）是所有單個中斷的邏輯或。下圖是所有中斷的列表。

15.8 寄存器描述

【未完待續】

總結

以上是生活随笔為你收集整理的STM32F429之DCMI 数字相机接口的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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