STM32F4Discovery - DCMI के माध्यम से कैमरा कनेक्ट करें

STM32F4Discovery - DCMI के माध्यम से कैमरा कनेक्ट करें

एक बार, एक मोबाइल फोन से कैमरा को STM32F407VGT6 माइक्रोकंट्रोलर (जो STM32F4Discovery बोर्ड पर जगह लेता है) से कनेक्ट करते हुए, मैंने यह भी नहीं सोचा था कि इस नियंत्रक के पास इस मामले के लिए एक विशेष हार्डवेयर इंटरफ़ेस है। हो सकता है कि मैं डेटाशीट को अनजाने में पढ़ता हूं, लेकिन मैंने हमेशा सोचा था कि 144 फीट से केवल UFBGA176 और LQFP मामलों में चिप्स में DCMI इंटरफ़ेस था । हालांकि, बहुत पहले नहीं, मैंने एक आवाज की विस्तार से खोज की: 100 फुट एसटीएम 32 एफ 407 में डीसीएमआई भी है।
एमके के साथ विभिन्न मोबाइल हार्डवेयर (विशेष रूप से, एलसीडी और कैमरों) के अध्ययन और सह-लॉन्चिंग का एक बड़ा प्रशंसक होने के नाते, मैं अभी इस तरह की खोज से बाहर नहीं निकल सका और एसटीएम 32 बाह्य उपकरणों के अध्ययन में इस अंतर को भरने का फैसला किया। दरअसल, यह सामग्री विचार के कार्यान्वयन के विवरण के लिए समर्पित है।

बस थोड़ा सा सिद्धांत।

सबसे पहले, आपको यह कल्पना करने की आवश्यकता है कि इसके बारे में क्या है - या इसके बजाय, एक CMOS कैमरा क्या है और इसके साथ क्या खाया जाता है।
इस प्रकार का कैमरा सेंसर से डिजिटल रूप में जानकारी प्रदर्शित करता है: RGB, YCbCr और संपीड़ित रूप में भी - JPEG। क्षमताओं के संदर्भ में विभिन्न कैमरों की अपनी बारीकियां हैं, मैं एक छोटे संकल्प (वीजीए, 640x480) के साथ कैमरे के एक बहुत ही विशिष्ट मामले पर विचार करूंगा, जिसे मैंने सीमेंस C72 फोन ( PixelPlus 202030N सेंसर) से अनादिकाल से निकाला था। यह कैमरा संचालन की सादगी को देखते हुए और अधिक या कम सामान्य प्रकार से संबंधित अध्ययन के लिए सबसे उपयुक्त है। एक बार, मैंने इसके लिए एक छोटा बोर्ड बनाया (कनेक्शन की अधिक आसानी के लिए) - I2C बस पर 2.8 V स्टेबलाइजर और पुल-अप प्रतिरोधों के साथ। यहां यह है (केबल और कैमरा कनेक्टर कवर के नीचे छिपा हुआ है)।



डेटा प्रारूप के क्षेत्र में बारीकियों के अलावा, सिंक्रनाइज़ेशन लीड की संख्या के क्षेत्र में कैमरे भी भिन्न हो सकते हैं। अधिकांश (मेरी राय में) सेंसर में विशेष लाइन और फ्रेम सिंक निष्कर्ष हैं; लेकिन ऐसे कैमरे हैं जिनमें केवल एक पिक्सेल स्ट्रोब आउटपुट होता है, और वे आपको विशेष संचरित कोड (उदाहरण के लिए, 0x00 या 0xFF ) का उपयोग करके एक नई पंक्ति / फ़्रेम की शुरुआत के बारे में बताते हैं। मेरे पास जो कैमरा उपलब्ध है उसमें बाहरी सिंक्रोनाइज़ेशन आउटपुट हैं।
आप एक ब्लॉक के रूप में कैमरे की अनुमानित योजनाबद्ध छवि का अनुमान लगा सकते हैं।



अधिकांश भाग के लिए, CMOS कैमरों को I2C इंटरफ़ेस के माध्यम से नियंत्रित किया जाता है (हालांकि मैंने ऐसे उपकरण देखे हैं जो UART द्वारा नियंत्रित भी हैं)। I2C विभिन्न मापदंडों को कॉन्फ़िगर करता है, जैसे: रिज़ॉल्यूशन, रंग सरगम, आउटपुट डेटा प्रारूप, आदि।
EXTCLK का निष्कर्ष कैमरे की क्लॉकिंग है, जिसे बाहर से प्रदान करने की आवश्यकता होती है। DCLK - एक स्ट्रोब सिग्नल, जिसके प्रमुख या अनुगामी किनारे पर कैमरा डेटा बस पर डेटा रिकॉर्ड किया जाता है (उदाहरण के लिए, मैट्रिक्स के एक पिक्सेल का डेटा बाइट, या कैमरा "आधा पिक्सेल" का डेटा बाइट यदि कैमरा RGB565 मोड में चल रहा है)। HSYNC एक नई पंक्ति की शुरुआत का संकेत देने वाला एक क्षैतिज सिंक्रनाइज़ेशन सिग्नल है, और VSYNC एक सिंक्रनाइज़ेशन सिग्नल है जिसका सक्रिय स्तर एक नए फ्रेम की शुरुआत को इंगित करता है। निष्कर्ष D0..D7 - डेटा बस; एक नियम के रूप में, ऐसे कैमरों में यह आठ-बिट है।
अब तुल्यकालन संकेतों के बारे में अधिक।



ग्राफ़ दिखाते हैं कि कैमरा केवल सक्रिय HSYNC चरण में DCLK सिग्नल गतिविधि के लिए कॉन्फ़िगर किया गया है (अर्थात्, यह चरण हमारे लिए रुचि का है, हम "लाइन फीड" अवधि के दौरान घड़ी सिग्नल में रुचि नहीं रखते हैं)। यदि कैमरा 320x240 के रिज़ॉल्यूशन पर सेट है, तो प्रत्येक HSYNC नाड़ी की अवधि में DCLK के 320 दाने फिट होते हैं, और VSYNC अवधि में 240 HSYNC ।
ज़ूम इन करते समय, हम देखते हैं कि डेटा बस में क्या हो रहा है।



अग्रणी किनारे पर (इस मामले में), डेटा बस से एक बाइट को हटा दिया जाता है, जिसे प्रदर्शन के लिए सीधे डिस्प्ले में भेजा जा सकता है, या बाद के प्रसंस्करण के लिए बफर में "डाल" दिया जा सकता है।

सिद्धांत रूप में, सब कुछ कम या ज्यादा स्पष्ट है, अब STM32 माइक्रोकंट्रोलर के DCMI इंटरफ़ेस के बारे में।

DCMI इंटरफ़ेस 14 बिट्स तक की डेटा बस के साथ काम करने में सक्षम है, हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर सिंक्रोनाइज़ेशन, साथ ही डेटा प्रारूपों: YCbCr, RGB और JPEG दोनों का समर्थन करता है।
इसके अलावा, डीसीएमआई में एक फीफो बफर होता है, इसमें इंटरप्ट को कॉन्फ़िगर करने (डेटा रजिस्टर भरने सहित) और डीएमए के माध्यम से काम को कॉन्फ़िगर करने की क्षमता होती है।



DCMI व्यवधान को निम्न स्थितियों के होने पर ट्रिगर किया जा सकता है : लाइन समाप्ति, फ्रेम समाप्ति, बफर ओवरफ़्लो प्राप्त करें, सिंक्रनाइज़ेशन त्रुटि का पता लगाने (आंतरिक सिंक्रनाइज़ेशन के साथ)।
कुछ घबराहट के लिए, मुझे कैमरे की घड़ी के लिए एक विशेष आउटपुट की कमी के द्वारा पेश किया गया था। मुझे पता नहीं है कि एसजीएस माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक में डेवलपर्स ने किन कारणों से इसे मना किया, लेकिन मेरे लिए यह बहुत सुविधाजनक होगा, उदाहरण के लिए, एक कस्टम घड़ी स्रोत।
निजी तौर पर, मैंने एक सामान्य-प्रयोजन टाइमर काउंटर का उपयोग किया, जो कि 4 MHz मेन्डर बनाने के लिए PWM मोड में शामिल था। बेशक, मुझे इस तरह की घड़ी की गति के साथ एक बड़ा एफपीएस नहीं मिल सकता है, लेकिन मैं तुरंत आरक्षण कर दूंगा - जो प्रदर्शन मैं उपयोग करता हूं वह एफएसएमसी से जुड़ा नहीं है, इसलिए पूरे सर्किट में सबसे लंबा कार्य एलसीडी आउटपुट फ़ंक्शन है, इसलिए, उच्च आवृत्ति पर, स्क्रीन पर छवि आउटपुट विफल हो जाता है। । इसलिए, उतारने से पहले, मैं टाइमर बंद कर देता हूं, और इसके बाद मैं फिर से टाइमर चालू करता हूं।
डीसीएमआई हार्डवेयर मॉड्यूल में डेटा रजिस्टर, दस नियंत्रण / स्थिति रजिस्टर के अलावा शामिल हैं। ये हैं: कंट्रोल रजिस्टर ( DCMI_CR ), स्टेटस रजिस्टर ( DCMI_SR ), इंटरप्ट स्टेटस रजिस्टर ( DCMI_RIS ), इंटरप्ट इनेबल रजिस्टर ( DCMI_IER ), इंटरप्ट मास्क रजिस्टर ( DCMI_MIS ), इंटरप्ट फ्लैग रजिस्टर ( DCMI_ICR ), इंटरनल सिंक्रोनाइज़ेशन कोड रजिस्टर ( DCMI_ESCR ) , आंतरिक तुल्यकालन कोड ( DCMI_ESUR ) के मास्क को रीसेट करने के लिए एक रजिस्टर, एक फ्रेम ( DCMI_CWSTRT ) के हिस्से को कैप्चर करते समय मूल्यों का एक रजिस्टर, और CropWindow मोड ( DCMI_CWSIZE ) में एक फ्रेम के टुकड़े के मूल्य का एक रजिस्टर। और, ज़ाहिर है, डेटा रजिस्टर DCMI_DR है ।
इस मामले में, फ्रेम और आंतरिक तुल्यकालन के हिस्से पर कब्जा करने से संबंधित रजिस्टर हमारे लिए कोई दिलचस्पी नहीं है। मैंने अभी के लिए रुकावटों को छोड़ने का फैसला किया है, इसलिए केवल DCMI_CR नियंत्रण रजिस्टर और DCMI_SR स्थिति रजिस्टर पर अधिक विस्तार से विचार करना सार्थक है।

नियंत्रण रजिस्टर हमें कैमरे के साथ बातचीत के प्रारूप को पूरी तरह से अनुकूलित करने की अनुमति देता है: डेटा बस का आकार, एचएसवाईएनसी और वीएसवाईवाई लाइनों के सक्रिय स्तर आदि।



क्रम में। सक्षम बिट, निश्चित रूप से, एक इंटरफ़ेस का समावेश है। फ़ील्ड ईडीएम ( विस्तारित डेटा मोड ) - डेटा बस का आकार; मेरे कैमरे पर बस आठ-बिट है, इसलिए इस फ़ील्ड को "00" पर सेट किया जाना चाहिए। फील्ड एफसीआरसी ( फ्रेम कैप्चर रेट कंट्रोल ) एफपीसी को थोड़ा समायोजित करना संभव बनाता है: 00 - सभी आने वाले फ्रेम पर कब्जा कर लिया जाता है, 01 - हर दूसरे फ्रेम, 10 - हर चौथे। VSPOL और HSPOL बिट्स ऊर्ध्वाधर और क्षैतिज सिंक लाइनों के सक्रिय स्तर हैं। सक्रिय स्तरों की अनदेखी की जाती है, और गतिविधि की अवधि के दौरान डेटा पर कब्जा नहीं किया जाता है, इसे ध्यान में रखा जाना चाहिए। PCKPOL - पिक्सेल स्ट्रोब के थोड़ा सक्रिय स्तर - बस के डेटा को पढ़ने के लिए सिग्नल के किस किनारे पर: सामने या पीछे। ईएसएस - सिंक्रनाइज़ेशन की एक विधि का एक सा: बाहरी या आंतरिक। जेपीईजी - आने वाले डेटा के प्रारूप का चयन करें - संपीड़ित या नहीं। फ्रेम टुकड़े का कब्जा ( फसल खिड़की ) का चयन करने के लिए बिट - बिट। यदि यह बिट एक पर सेट है, तो इंटरफ़ेस DCMI_CWSTRT और DCMI_CWSIZE रजिस्टरों में मूल्यों द्वारा निर्धारित विंडो में डेटा कैप्चर करेगा।

तो, अनुकूलन।

चूंकि मुझे एसटी से मानक परिधीय पुस्तकालय का उपयोग करने के लिए उपयोग किया जाता है (हालांकि मैं इसे नए परिधीयों के साथ काम करने के पहले पुनरावृत्तियों में कभी भी उपयोग नहीं करता हूं जब तक कि मैं "पेन" के साथ रजिस्टरों में गहरी खुदाई नहीं करता हूं), मैं लाइब्रेरी का उपयोग करके सेटिंग्स लाता हूं।

void DCMIInitialRoutine(void) { DCMI_InitTypeDef DCMI_CamType; DCMI_DeInit(); DCMI_CamType.DCMI_CaptureMode = DCMI_CaptureMode_Continuous; DCMI_CamType.DCMI_CaptureRate = DCMI_CaptureRate_All_Frame; DCMI_CamType.DCMI_ExtendedDataMode = DCMI_ExtendedDataMode_8b; DCMI_CamType.DCMI_SynchroMode = DCMI_SynchroMode_Hardware; DCMI_Init(&DCMI_CamType); DCMI_CaptureCmd(ENABLE); DCMI_Cmd(ENABLE); return; } 

दरअसल, मेरी जरूरतों के लिए यह संभव था कि डीसीएमआईआरसीआर रजिस्टर में एक भी बिट को स्पर्श न करें - डिफ़ॉल्ट रूप से वे रीसेट हैं - कैपचर और सक्षम बिट्स को छोड़कर।
इंटरफ़ेस कॉन्फ़िगर किया गया है और जाने के लिए तैयार है। कैमरे के लिए एक घड़ी संकेत लागू करने के बाद, इंटरफ़ेस को डेटा प्राप्त करना शुरू हो जाएगा जिसे हमें संसाधित करने की आवश्यकता है।
शुरू करने के लिए, मैंने कार्य को यथासंभव सरल सेट किया - प्रदर्शन पर छवि को प्रदर्शित करने के लिए, ताकि डेटा प्रसंस्करण कम से कम हो।
प्राप्त बफर से डेटा की समय पर रीडिंग में, स्थिति रजिस्टर DCMI_SR हमारी मदद करेगी।



बिट्स की एक बहुत कम संख्या पढ़ने के लिए उपलब्ध है - केवल तीन। HSYNC और VSYNC बिट्स संबंधित रेखाओं की स्थिति का संकेत देते हैं: सक्रिय चरण, या लाइन फीड; सबसे दिलचस्प FNE बिट है। यह हमें डेटा के साथ बफर भरने के लिए कहता है। या नहीं भर रहा है।
एक निरंतर चक्र में DCMI_SR में FNE बिट की स्थिति की जाँच करके, हम बत्तीस-बिट प्राप्त बफर में डेटा के आगमन के बारे में सीखते हैं। मेरे मामले में, डेटा इस तरह स्थित होगा:



जब FNE बिट सेट होता है, तो प्राप्त बफ़र में DCMI_SR स्थिति रजिस्टर में चार बाइट्स होंगे, दो पड़ोसी पिक्सेल का डेटा: बाइटे 0 और बाइट 1 - पिक्सेल n के 16 बिट्स, और बाइट 2 और बाइट 3 - पिक्सेल n + 1 के 16 बिट्स। मुझे बस उन्हें संयोजित करना है और उन्हें प्रदर्शन के लिए भेजना है। तो यह है कि मुख्य लूप कैसा दिखता है:

 while (1) { while ((DCMI_GetFlagStatus(DCMI_FLAG_FNE)) == RESET); //Waiting for the buffer TIM_Cmd(TIM3, DISABLE); //Disable CAM clock cam_grab = (DCMI->DR); //Reading buffer SendDataByte_LCD (cam_grab); cam_grab = (DCMI->DR)>>16; //Reading 2nd part of the buffer SendDataByte_LCD (cam_grab); TIM_Cmd(TIM3, ENABLE); //Enable CAM clock again } 

यही है, मैं DCMI_SR स्थिति रजिस्टर में FNE बिट के सेट होने की प्रतीक्षा करता हूं , और उसके बाद मैं 16 बिट्स डेटा को दो पासों में प्रदर्शित करने के लिए अपलोड करता हूं।
इस बिंदु पर, मैं एक तार्किक निष्कर्ष पर आना चाहूंगा, लेकिन यह वहां था।
प्रदर्शन पर एमके चमकती और पुनः आरंभ करने के बाद, मैंने देखा ... नहीं, मैंने अपनी खुद की परिचित भौतिकी देखी, लेकिन काले और नीले रंगों में। लाल और हरे रंग पूरी तरह से अनुपस्थित थे।
डीबगर के साथ संक्षिप्त असावधानी के बाद, निम्नलिखित की खोज की गई: इंटरफ़ेस डेटा रजिस्टर में एक पिक्सेल के केवल 16 बिट्स शामिल थे, बाइटे 0 पर स्थित निचले 8 बिट्स (ऊपर आंकड़ा देखें) और बाइट 2 पर सबसे पुराने वाले। रिक्त स्थान बाइट 1 और बाइट 3 खाली थे। अब तक, मुझे समझ नहीं आया है कि वास्तविकता के प्रलेखन के बीच विसंगति कहां से आती है और मैं एसटीएम की ओर मुड़ सकता हूं।
नतीजतन, डीसीएमआई इंटरफ़ेस का उपयोग करके कैमरे से एक छवि प्राप्त करना संभव था, हालांकि कुछ कठिनाइयों के बिना नहीं। आकृति में, मैं उस डिस्प्ले की तस्वीर प्रस्तुत करता हूं जिस पर मेरे कैमरे से STM32F3Discovery डेमो बोर्ड की छवि प्रदर्शित की गई थी।



और यहाँ हम EXTCLK , PIXCK , HSYNC और VSYNC के आउटपुट पर देखते हैं, अगर हम एक लॉजिक एनालाइज़र कनेक्ट करते हैं।



सब कुछ उम्मीद के मुताबिक दिखता है: 240 HSYNC दालें एक VSYNC , 320 PIXCK की अवधि में फिट होती हैं - एक HSCNC में। HSYNC के सक्रिय चरण में , कैमरा PIXCK सिग्नल नहीं देता है - ठीक उसी तरह जैसे यह कॉन्फ़िगर किया गया था।
आम तौर पर, इंटरफ़ेस ने मुझे निराश किया। कैमरे को क्लॉक करने के लिए एक "नियमित" पैर की कमी, दिलचस्प अंतर्निहित चिप्स की कमी (हार्डवेयर के बारे में एनकोडर?), और यहां तक ​​कि एक अर्ध FIFO के चारों ओर एक तंबू के साथ नृत्य ...
PIXCK , HSYNC और VSYNC पर कैमरे के साथ काम को व्यवस्थित करना, मेरे पास उतना बंट नहीं था जितना मेरे पास था, हार्डवेयर DCMI का उपयोग करके कैमरे के साथ काम करना।
फिर भी, निकट भविष्य में मैं फ्रेम पर कब्जा करने की कोशिश करूंगा, इसे जेपीईजी में संपीड़ित करूंगा, और एसडी कार्ड पर एक तस्वीर लिखने की कोशिश करूंगा।
पुनश्च। बस के मामले में, मैं " कोड :: ब्लॉक " के लिए परियोजना का एक लिंक देता हूं - यह अचानक किसी के काम आएगा।

www.dropbox.com/sh/nfjdwqsdzlr7djm/9v2mQM8uYV