基于STM32F429的DCMI实现OV7725-NF无缓存摄像头的图像采集HAL库

已于 2022-06-21 10:53:15 修改
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文章标签： stm32 单片机
于 2022-06-20 11:21:17 首次发布
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基于STM32F429的OV7725-NF无缓存摄像头的DCMI图像采集 和LTDC显示

STM32F429具备DCMI摄像头接口，可利用DMA功能实现快速的硬件级图像采集存储，大大降低了纯软件开发的难度。开发教程网络上一大堆，但本人一开始也是经历了九九八十一难，一直不出图像，过程中还是有不少坑需要自己填一下，以此记录。完整的案例代码见以下链接。
CAM2LCDonF429IGT6.rar

0. 首先说明一下时钟配置

在这里插入图片描述

1. DCMI配置

1.1 首先点击DCMI进入配置页面后，要选择Mode

不同的mode代表不同的数据格式。下图中，8bits Embedded Synchro是指码流中嵌入同步码元的编码形式，其他的External Synchro都是通过单独的硬线提供同步信号。8、10、12、14是指数据位宽，像OV7725是8位宽数据+硬线同步，所以应该选择“Slave 8 bits External Synchro”。
在这里插入图片描述

1.2 然后要进行GPIO settings

根据实际使用的电路连接选择对应的引脚，调整的时候要在“Pinout view”界面中进行修改。

1.3 然后是Parameter settings参数设置

一共就以下5个需要配置的：
在这里插入图片描述
前3个参数是和所接摄像头参数对应的，要保持一致，分别是指PCLK触发沿选择、垂直同步信号VSYNC极性、水平同步信号HREF极性，注意OV7725提供的水平同步信号是HREF而不是HSYNC。
从下图OV7725时序图可以看出，PCLK上升沿有效，所以选Active on Rising edge.
在这里插入图片描述
但是，从下图帧时序图中看到，当VSYNC低电平，且HREF、HSYNC高电平时，才传输有效数据，DCMI配置选项中的Active High是指高电平时进行同步，官方称为消隐信号，也就是低电平时进行传数。这个一定要选对，不然接收到的数据永远都是0x00。对应OV7725的正确选择应该是：V=Active high; H=Active low。
在这里插入图片描述

接下来是“Frequency of frame capture”，这个是指DCMI接收处理的帧频率，通俗点就是说摄像头在一直发送图像数据，可能帧频率是60fps，但我们实际不需要这么高的帧率，可以通过这个选项选择“每处理1帧，丢弃3帧”、“每处理1帧，丢弃1帧”、“全部处理”。根据实际需要选择。
在这里插入图片描述
最后一个JPEG mode是指接收的数据流传输的是否为JPEG压缩数据。OV7725输出的VGA、QVGA、CIF格式都是非压缩数据，所以这里要选Disabled。

1.4 DMA settings

DMA mode有normal和circular两个选项，normal指执行一次DMA传输后停止，circular指连续循环执行数据搬移。
Data Width的选择应与实际一致，我们要将OV7725通过DCMI传入的外设数据搬移到内部存储器中，OV7725在传给DCMI时一次传8bits，但DCMI内部会将接收到的摄像头数据放到一个 32 位数据寄存器(DCMI_DR)中，然后通过通用DMA 进行传输。也就是说DCMI接收处理4次放满32bits数据后才会发起一次DMA传输。如果想使用DMA的FIFO，可以选择Use Fifo，并选定Threshold参数。

此处我们的图像编码格式是RGB565，按照上述说明，DCMI输出的32位数据应该是下图这种排列方式，当LTDC读取时也是这样的格式，通过实现发现是可以直接解码的，不需要进行位变换，但这部分内部原理还需要摸清楚，这里暂时不展开。
在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

1.5 需要使用的HAL库函数

  • 启动DCMI：HAL_StatusTypeDef HAL_DCMI_Start_DMA (DCMI_HandleTypeDef * hdcmi, uint32_t DCMI_Mode, uint32_t pData, uint32_t Length)

  • 结束DCMI：HAL_StatusTypeDef HAL_DCMI_Stop(DCMI_HandleTypeDef * hdcmi)

  • 行接收完毕中断：void HAL_DCMI_LineEventCallback(DCMI_HandleTypeDef * hdcmi)

  • 帧接收完毕中断：void HAL_DCMI_FrameEventCallback(DCMI_HandleTypeDef * hdcmi) 或
    void HAL_DCMI_VsyncEventCallback(DCMI_HandleTypeDef *hdcmi)

3. OV7725配置寄存器

OV7725按照定义的引脚连接好后就可以工作了，具体各个引脚功能如下表所示：

信号作用描述信号作用描述
VCC3.3模块供电脚，接 3.3V 电源[输入]OV_PCLK像素时钟输出[输出]
GND模块地线[输入]OV_VSYNC帧同步信号[输出]
OV_SCLSCCB 通信时钟信号[输入]OV_HREF行同步信号[输出]
OV_SDASCCB 通信数据信号[双向]OV_RESET复位信号,低电平复位[输入]
SGM_CTRL传感器时钟选择控制，高电平时使用模块内部晶振，低电平时使用XCLK_IN外部时钟信号[输入]OV_D[7:0]数据输出（8 位）[输出]
XCLK_IN外部时钟输入[输入]我是用的摄像头内置晶振频率为12MHz

但是他的参数设置可是多的一批，一共有0x00-0xac个8位寄存器，要想获得优秀画质，就得摸透这些寄存器。下面是官方给出的有用的寄存器配置方案，具体应用时可适当调整：
【注意】：硬件I2C有一些bug，不太好用，总是busy状态，推荐使用软件I2C进行配置通信。

	//输出窗口设置
	{COM7,      0x46}, //QVGA RGB565
	{HSTART,    0x3f}, //水平起始位置
	{HSIZE,     0x50}, //水平尺寸
	{VSTRT,     0x03}, //垂直起始位置
	{VSIZE,     0x78}, //垂直尺寸
	{HREF,      0x00},
	{HOutSize,  0x50}, //输出尺寸高,QVGA320填0x50; VGA填0xA0;
	{VOutSize,  0x78}, //输出尺寸宽,QVGA480填0x78; VGA填0xF0;

	//帧率
	//30 fps, PCLK = 12Mhz
	{CLKRC, 	0x01}, //CLKRC, F/2/2;F(internal clock) = F(input clock)/(Bit[5:0]+1)/2
	{COM4, 		0x41}, //COM4, PLL 4倍频
	{EXHCH, 	0x00},
	{EXHCL, 	0x00},
	{DM_LNL, 	0x00},  //DM_LNL, Dummy Row Low 8 Bits
	{DM_LNH, 	0x00}, //DM_LNH, Dummy Row High 8 Bits
	{ADVFL, 	0x00},
	{ADVFH, 	0x00},
	{COM5, 		0xf5},//夜晚模式下自动帧率控制开启

	//DSP control
	{TGT_B,     0x80},//{TGT_B,     0x7f},
	{FixGain,   0x00},//0x09
	{AWB_Ctrl0, 0xf0},//0xe0
	{DSP_Ctrl1, 0x1f},//0xff
	{DSP_Ctrl2, 0x00},
	{DSP_Ctrl3, 0x10},
	{DSP_Ctrl4, 0x00},

	//AGC AEC AWB
	{COM8,		0x8f},//0xf0
	{COM4,		0x41}, //Pll AEC CONFIG
	{COM6,		0x43},//0xc5
	{COM9,		0x4a},//0x11
	{BDBase,	0xfF},//0x7f
	{BDMStep,	0x01},//0x03
	{AEW,		0x40},
	{AEB,		0x30},
	{VPT,		0xa1},
	{EXHCL,		0x9e},
	{AWBCtrl3,  0xaa},
	{COM8,		0xff},

	//matrix shapness brightness contrast
	{EDGE1,		0x08},
	{DNSOff,	0x01},
	{EDGE2,		0x03},
	{EDGE3,		0x00},
	{MTX1,		0xb0},
	{MTX2,		0x9d},
	{MTX3,		0x13},
	{MTX4,		0x16},
	{MTX5,		0x7b},
	{MTX6,		0x91},
	{MTX_Ctrl,  0x1e},
	{BRIGHT,	0x08},
	{CNST,		0x20},
	{UVADJ0,	0x81},
	{SDE, 		0X06},
	{USAT,		0x65},
	{VSAT,		0x65},
	{HUECOS,	0X80},
	{HUESIN, 	0X80},

    //GAMMA config
	{GAM1,		0x0c},
	{GAM2,		0x16},
	{GAM3,		0x2a},
	{GAM4,		0x4e},
	{GAM5,		0x61},
	{GAM6,		0x6f},
	{GAM7,		0x7b},
	{GAM8,		0x86},
	{GAM9,		0x8e},
	{GAM10,		0x97},
	{GAM11,		0xa4},
	{GAM12,		0xaf},
	{GAM13,		0xc5},
	{GAM14,		0xd7},
	{GAM15,		0xe8},
	{SLOP,		0x20},

	{COM3,		0x40},//Horizontal mirror image；默认0x10,即改变YUV为UVY格式。但是摄像头不是芯片而是模组时，要将0X10中的1变成0，即设置YUV格式

	{COM10,		0x00}, //默认VSYNC 低电平有效。如果要兼容OV2640 DCMI的配置这里需要VSYNC 高电平有效
	{COM2,		0x01}, //设置输出驱动能力为2倍

4. LTDC显示器显示

LTDC是一种TFT显示屏接口，全称为LCD-TFT display controller，属于显示像素接口的一种，显示控制器提供了一个并行的数字RGB（红、绿、蓝）信号、以及水平/垂直同步信号、像素时钟作为输出，直接与各种LCD和TFT面板连接，且显示面板不需要缓存。一帧开始后，从左向右、从上向下一个像素一个像素输出RGB值，类似VGA逐行扫描刷新。
STM32的LTDC使用非常简单，完成参数配置后，只要定时向图层句柄设置图像数据地址即可，代码量非常少，基本可以看成STM32的显卡。

接口配置

  1. LTDC主要的接口IO有像素时钟LCD_CLK、水平同步HSYNC、垂直同步VSYNC、数据有效DE和3组RGB数据信号并行线，STM32F429最大支持RGB888显示输出，Display Type选项要根据所使用的显示屏支持的数据格式进行选择。
    在这里插入图片描述
  2. configuration中的parameter settings是最核心的配置，其中下图红框中的参数是由所使用的显示屏决定的，通常显示屏datasheet中都会给出，比如我使用的TM043NDH02给出的配置参数见第二张图，只要一一对应匹配即可。
    在这里插入图片描述

在这里插入图片描述
3. signal polarity有效电平配置
这部分有效电平的设置一定要和使用的显示屏相符合，下图为我是用的显示屏datasheet对IO电平的要求。
在这里插入图片描述

  1. layer settings主要是对图层参数进行设置。
    STM32F429共提供两个图层，每个图层的配置基本相似，下面是单个图层的配置说明。
    在这里插入图片描述

完成以上配置后，LTDC就可以工作了。当我们需要把OV7725采集的图像进行显示时，只要在DCMI的帧中断或垂直同步中断中，把帧图像缓存地址向LTDC的图层句柄的起始地址赋值，然后调用一次配置函数即可，这样每接收完一帧图像，即触发一次显示刷新。

void HAL_DCMI_VsyncEventCallback(DCMI_HandleTypeDef *hdcmi)
{
	pLayerCfg.FBStartAdress =  IMG_ADDR;
	if (HAL_LTDC_ConfigLayer(&hltdc, &pLayerCfg, 0) != HAL_OK)
	{
		Error_Handler();
	}
}
Fred.弓
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