摘  要： 基于Atera公司的FPGA芯片對OmniVision圖像傳感器進(jìn)行圖像采集前的準(zhǔn)備工作，通過FPGA的GPIO端口模擬SCCB（串行攝像機(jī)控制總線）總線協(xié)議對傳感器的寄存器進(jìn)行配置,，從而完成對傳感器的初始化，使得攝像頭得以正常運(yùn)行,。

　　關(guān)鍵詞： FPGA,；OmniVision圖像傳感器,；SCCB

0 引言

　　視頻信號處理系統(tǒng)的前端部分是視頻圖像采集，是視頻監(jiān)控,、信息處理等系統(tǒng)的前端需要,，對后端圖像處理系統(tǒng)的性能有著直接的影響。近年來,，隨著通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,，人們對視頻采集的要求越來越高，正在向高速,、高分辨率,、高集成化、高可靠性方向發(fā)展?，F(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）具有規(guī)模大,、集成度高、可靠性高等優(yōu)點(diǎn),，對于視頻采集是非常理想的選擇與趨勢[1],。

　　OmniVision圖像傳感器具有獨(dú)有的傳感器技術(shù)，通過減少或消除光學(xué)或電子缺陷（如固定圖案噪聲,、托尾,、浮散等），提高圖像質(zhì)量,，得到清晰穩(wěn)定的彩色圖像,，并具有軟件可編程性，從而決定了此系列的傳感器應(yīng)用越來越廣泛,。傳感器正常工作的前提是對寄存器進(jìn)行配置,，使其按照需要的輸出方式,、圖像質(zhì)量和數(shù)據(jù)格式進(jìn)行輸出,，即對其初始化。OmniVision傳感器的初始化是通過SCCB總線協(xié)議的方式實(shí)現(xiàn)的,，利用FPGA實(shí)現(xiàn)圖像采集的關(guān)鍵是在FPGA中實(shí)現(xiàn)SCCB總線協(xié)議[2-3],。

1 SCCB總線協(xié)議

　　串行攝像機(jī)控制總線（Serial Camera Control Bus，SCCB）由OmniVision公司開發(fā),，廣泛應(yīng)用于OV系列圖像傳感器上,，是一種串行3線的總線，它由時(shí)鐘信號SIO_C,、數(shù)據(jù)信號SIO_D和使能信號SCCB_E組成,，可實(shí)現(xiàn)一個主器件對多個從器件的控制，如圖1所示,。本文把芯片的引腳縮減為兩根,，只用數(shù)據(jù)信號SIO_D和時(shí)鐘信號SIO_C,，但是省去SCCB_E后的SCCB總線只能實(shí)現(xiàn)一個主器件對一個從器件的控制，如圖2所示,。在本文中FPGA為主控件,，OV系列傳感器為從器件[4]。

　　1.1 SCCB起始和終止時(shí)序

　　起始信號和終止信號都是由FPGA產(chǎn)生的,，當(dāng)SIO_C是高電平時(shí),，SIO_D從高電平轉(zhuǎn)到低電平時(shí)產(chǎn)生起始信號，如圖3所示,；當(dāng)SIO_C是高電平時(shí),，SIO_D從低電平轉(zhuǎn)到高電平時(shí)產(chǎn)生終止信號，如圖4所示,。

　　1.2 SCCB寫時(shí)序

　　相（Phase）是SCCB進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞的基本單位,，一相由連續(xù)傳輸?shù)?位數(shù)據(jù)與其后的第9位（共9位）組成。第9位在讀數(shù)據(jù)和寫數(shù)據(jù)時(shí)分別為自由位（Don′t care bit）和NA位（Ninth bit of a Read phase）,。寫時(shí)序由3相構(gòu)成,，先寫設(shè)備地址，再寫寄存器地址,，最后再寫需要配置的寄存器的數(shù)據(jù),，即ID-Address+SUB-Address+W-Data，如圖5所示,。

　　1.3 SCCB數(shù)據(jù)傳輸有效性

　　SCCB總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí),，SIO_C為高電平期間，SIO_D上的數(shù)據(jù)必須保持穩(wěn)定,，只有在SIO_C為低電平期間,，SIO_D的高低電平狀態(tài)才允許變化。其時(shí)序圖如圖6所示,。

2 模塊設(shè)計(jì)

　　基于FPGA通過SCCB總線對OV7670初始化就是對攝像頭的寄存器進(jìn)行配置,，使其按照設(shè)定的輸出要求進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出[5]。攝像頭寄存器配置流程圖如圖7所示,。SCCB控制模塊分為3個子模塊：分頻器,、SCCB狀態(tài)控制模塊、數(shù)據(jù)查找表,。這幾個模塊都是在QuartusII環(huán)境中用Verilog設(shè)計(jì)完成的,。下面分別介紹這3個子模塊。

　　2.1 分頻器

　　由于系統(tǒng)時(shí)鐘頻率與SCCB控制模塊的數(shù)據(jù)傳輸頻率不一致,，因此要對系統(tǒng)時(shí)鐘進(jìn)行分頻達(dá)到SCCB總線模塊SIO_C的頻率,，并且通過調(diào)整分頻模塊中的分頻系數(shù)來進(jìn)行更換[6]。

　　2.2 SCCB狀態(tài)控制模塊

　　FPGA作為SCCB的主機(jī),，SCCB狀態(tài)控制模塊采用同步狀態(tài)機(jī)的設(shè)計(jì)方法來模擬SCCB的寫時(shí)序,，從而完成對傳感器寄存器的配置,。

　　2.3 數(shù)據(jù)查找表

　　將需要配置的傳感器寄存器地址和寄存器的配置數(shù)據(jù)都存放在數(shù)據(jù)查找表中，根據(jù)SCCB的時(shí)序規(guī)范順序送給SCCB狀態(tài)控制模塊,。

3 硬件實(shí)現(xiàn)及仿真

　　硬件調(diào)試工作所選用的FPGA是Altera公司FPGA芯片,，Verilog綜合及仿真平臺是QUARTUSII 13.0。將本實(shí)例中所設(shè)計(jì)的SCCB控制模塊的Verilog源代碼通過QuartusII編譯后,，并在QuartusII環(huán)境下編寫TestBench文件,，從而利用與Modelsim的無縫鏈接對SCCB總線模塊進(jìn)行功能仿真。仿真波形如圖8所示,，可以明確看出：當(dāng)SIO_C位高時(shí)SIO_D由高變低時(shí)表明開始位,；經(jīng)過8位傳感器地址位、1位Don′t care,、8位寄存器地址位,、1位Don′t care、8位寄存器配置數(shù)據(jù),、1位Don′t care的數(shù)據(jù)傳輸,；當(dāng)SIO_C位高時(shí)SIO_D由低變高時(shí)表明結(jié)束，其時(shí)序符合SCCB總線時(shí)序規(guī)范,。

4 結(jié)論

　　本文利用FPGA模擬SCCB總線的時(shí)序?qū)mniVision圖像傳感器的寄存器進(jìn)行配置,，使其可以按照特定的要求進(jìn)行圖像輸出。該設(shè)計(jì)對OV系列的傳感器具有通用性,，對圖像采集前端的設(shè)計(jì)具有重要意義,。

參考文獻(xiàn)

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　　[3] OmniVision Serial Camera Control Bus（SCCB） Functional Specification,， Document Version,； 2.1[Z].www.vot.com.

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　　[5] 楊光耀.基于FPGA的圖像采集及處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].呼和浩特：內(nèi)蒙古大學(xué),，2014.

　　[6] 陳景，李建華.基于FPGA的I2C讀寫控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].自動化技術(shù)與應(yīng)用,，2010,，29（2）：86-88.