ARM9平臺下的CMOS圖像傳感器數據采集系統

3。2控制接口模塊

當CMOS圖像傳感器工作于逐行掃描方式時，在輸出一幀同步信號后將輸出一幀的數據，在每一行數據前也會輸出行同步信號，每一個像素有效信號觸發一個點的信號輸出，輸出有效窗口由HREF信號決定。由圖1、圖2可知，幀同步信號VSYNC標示一幀數據的開始。然后，在每一個PCLK信號的作用下，傳感器順序地從左到右依次輸出每一個像素數據。當輸出的像素數據為有效數據時，HREF為有效電平。當一幀的所有數據都輸出后，則又產生一個幀同步信號VSYNC，開始下一幀數據的傳輸。根據以上時序圖的特定，可以采用DMA的傳送方式來實現圖像傳感器到DRAM的數據傳輸。可以使用幀同步信號VSYNC來作為主控制器的一個中斷輸入信號，以初始化DMA控制器，用水平同步信號HREF作為一個外部中斷輸入信號，以統計每行數據的輸出，用輸出數據同步信號PCLK作為DMA傳送的請求信號(Request)，以請求傳輸一個像素的數據信息。連接電路如圖4所示。

3。3IIC總線接口模塊

CMOS圖像傳感器目前普遍采用IIC總線功能集中的一個子集，因此該接口比一個完整的主IIC總線更簡單。硬件連接只需將OV7141的SIO_C、SIO_D分別與S3C2410的SCL、SDA相連皆可，見圖4。

IIC總線由雙向數據線SDA和時鐘線SCL組成，用戶使用集電極開路門以“線與”方式進行總線連接。IIC總線的通信協議見圖5，包括開始信號、結束信號、應答信號和數據有效等狀態。當SCL持續為高電平時，SDA由“1”跳變到“0”，表示開始信號；當SCL持續為高電平時，SDA由“0”跳變到“1”，表示結束信號；在數據傳輸過程中，SDA在時鐘高電平時有效，低電平時更換數據。開始和結束信號均由主IIC產生，通過SDA傳輸的數據以字節(8bit)為單位，高位在前，低位在后，在每個字節后面由接收端發送一個低電平的應答信號。

其讀寫周期如下：當要進行IIC總線寫操作時，先發送所使用的CMOS傳感器特定ID寫地址，緊接著發送需要寫的寄存器的地址(sub_address)，再發送數據(data)；當進行IIC總線讀操作時，先發送所使用的CMOS傳感器特定ID寫地址，緊接著發送需要寫的寄存器的地址(sub_address)，再發送CMOS傳感器特定ID讀地址，最后接收數據(data)。對于不同的CMOS傳感器，它們的ID地址是不同的。OV7141為42H(寫)，43H(讀)。

4CMOS圖像傳感器的軟件驅動設計

CMOS圖像傳感器需要控制器S3C2410的驅動才能正常工作，并輸出正確的圖像數據。為了實現CMOS傳感器和主存儲器(DRAM)之間的快速傳輸，可以采用DMA方式。DMA是一種快速傳送數據的機制，它不需要CPU的參與而實現高速外設和主存儲器之間自動成批交換數據的操作方式。由于處理端采用的是S3C2410，DMA、中斷以及IIC總線接口都已經集成在控制器內部，因此，整個軟件驅動只需要完成兩個功能模塊的設置：對主控制器S3C2410的設置；通過SCCB口對OV7141的設置。

4。1對主控制器S3C2410的設置

a)設置DMA的源地址為控制總線驅動器的那一個地址，每一次傳輸該地址值不變化；

b)設置DMA的目標地址為要保存圖像數據的內存區域的起始地址，每一次傳輸該值加1；

c)設置DMA的計數器為有效窗口的像素數的個數；

d)設置DMA中斷為軟件觸發，且設置PCLK、VSYNC、HREF為外部中斷觸發信號，以控制圖像數據的輸出。

4。2通過SCCB接口對OV7141的設置

a)讀OV7141的1C、1D寄存器，判斷芯片是否正常；

b)設置13寄存器為0x07，允許AGC，允許白平衡；

c)設置14寄存器為0x00，設置有效窗口為640×480像素(VGA)；

d)設置17、18、19、lA寄存器，設置HREF和VSYNC信號的起始與停止；

e)設置28寄存器為0x60，設置為黑白模式和逐行掃描模式。

5實驗與討論

本系統中，圖像傳感器的時鐘由外接24MHz的晶振供給，主控制器S3C2410工作頻率為200MHz，CMOS圖像傳感器OV7141工作于逐行掃描方式，圖像采集窗口為640×480像素，數據保存在系統中一片SDRAM中。實驗表明，系統每秒能穩定采集到15幀圖像數據。若要提高圖像采集的速率，可以再加入一塊雙端口SDRAM作為數據輸出緩存，這樣速率有所提高，但雙端口SDRAM價格較貴，或者選用能工作于更高工作頻率的主控制器也能提高采集速率。

本設計是基于32位處理器的嵌入式圖像采集系統。設計中直接將主控制器S3C2410與圖像傳感器連接，再加上一些存儲芯片，構成一個簡單的圖像采集系統，因而與其他大多數基于PC機的圖像采集系統相比具有結構簡單、成本低、體積小、功耗低、通用性好等優點，特別適合一些對體積、成本、功耗有較高要求的應用，如目前市場上的指紋識別系統等。因此，該系統具有廣泛的應用價值和一定的研究意義。