基于Slave FIFO模式的cmos攝像頭接口設計

馮 祎 吳 超 王景中

（北方工業大學信息工程學院，北京石景山 100144）

0 引言

USB2.0接口以其高速的數據傳輸能力，在視頻數據傳輸系統中有著廣泛的應用。但以往都是在視頻采集芯片和USB控制芯片之間加上了FPGA或者CPLD等邏輯控制器件，這樣雖降低了開發難度，但也不可避免的增加了硬件資源，增加了生產成本。

因此，本文采用cmos視頻采集芯片直接與USB控制芯片相連，數據無需再經過中間邏輯器件打包發送給USB控制器，而是直接由USB控制器上傳到上位機。這里coms攝像頭選用MICRON圖像傳感器MT9V032,USB控制器采用Cypress的EZ-USB FX2LP系列芯片，通過Slave FIFO模式進行視頻數據傳輸。

1 接口硬件電路

1.1 USB控制器件CY7C68013芯片結構

Cypress公司的EZ－USB FX2是世界上第一款集成USB2.0的微處理器，它集成了USB2.0收發器、SIE（串行接口引擎）、增強的8051微控制器和可編程的外圍接口。FX2這種獨創性結構可使數據傳輸率達到56Mbytes/s，即USB2.0允許的最大帶寬。在FX2中，智能SIE可以硬件處理許多USB1.1和USB2.0協議，從而減少了開發時間和確保了USB的兼容性。GPIF（General Programmable Interface）和主/從端點FIFO（8位或16位數據總線）為ATA、UTOPIA、EPP、PCMCIA和DSP等提供了簡單和無縫連接接口。其內部結構如圖1所示。它有三種封裝形式：56SSOP，100TQFP和128TQFP。本文采用56引腳型號。

圖1 CY7C68013結構圖

1.2 Slave FIFO傳輸

當有一個與FX2芯片相連的外部邏輯只需要利用FX2做為一個USB 2.0接口而實現與主機的高速通訊，而它本身又能夠提供滿足Slave FIFO要求的傳輸時序，可以將外部邏輯作為Slave FIFO主控制器時，即可考慮用此傳輸方式。

Slave FIFO傳輸如圖2所示：

圖2 Slave FIFO傳輸

在這種方式下，FX2內嵌的8051固件的功能只是配置Slave FIFO相關的寄存器以及控制FX2何時工作在Slave FIFO模式下。一旦8051固件將相關的寄存器配置完畢，且使自身工作在Slave FIFO模式下后，外部邏輯即可按照Slave FIFO的傳輸時序，高速與主機進行通訊，而在通訊過程中不需要8051固件的參與。

1.3 視頻采集芯片MT9V032的主要特性

MT9V032 是 Aptina生產的 1/3 寸 CMOS傳感器，分辨率為 752×480，像素大小達到 6.0×6.0μm。該傳感器具有Micron 的DigitalClarity CMOS 成像技術，它不僅具有 CMOS傳感器速度高、集成度高等優勢，其靈敏度達到 4.8 V/lux-sec，在高動態拍攝模式下動態范圍可達 110dB，提供了比一般 CCD傳感器更優的成像效果。本文使用的一幀圖片時序圖如圖3、圖4所示，MT9V032輸出像素數據為10位，本系統取8位有效數據。

圖3 MT9V032的行同步時序

圖4 MT9V032的場同步時序

P1：幀開始標志；

A：有效數據時間；

Q：無效數據時間；

P2:幀結束標志。

1.4 硬件電路原理與設計

系統主要硬件結構如圖5所示。設計中采用I2C總線對MT9V032芯片進行配置，FX2中增強型8051單片機時鐘24M輸出作為傳感器主時鐘，PICLK像素時鐘作為IFCLK時鐘，為傳感器主時鐘翻轉。LINE_VALID行同步信號接Slave FIFO寫允許，根據圖片幀時序，SLWR設置為高電平有效。圖片幀同步信號FRAME_VALID會在一幀圖像傳輸到控制器后觸發INT0中斷。由于數據量太大,本設計沒有在INT0中斷服務子程序中進行全部的數據處理,而是設置了一個標志位,并通過標志位的狀態來在主程序中進行處理,由此來判斷幀頭。USB控制器的FIFO處于從模式。控制器的端點設置為EP6-512字節、四重緩存,塊傳輸、輸入模式。這樣的設置可以滿足系統要求。

圖5 系統主要硬件結構

2 接口固件程序設計

主要是針對USB的固件設計。為了簡化固件編程，我們直接調用Cypress提供的固件編程框架，本文固件程序使用Keil C51 uVision2編寫，主要共包含 STARTUP.A51、FW.C、SLAVEFIFO.C、EZUSB.LIB、DSCR.A51及USBJMPTB．OBJ等六個文件。其中，STARTUP．A51為芯片上電初始化程序，在CPU復位后執行，主要進行初始化內存以及再入函數堆棧初始化、片外存儲空間初始化等功能；EZUSB．LIB為固件函數庫鏈接程序；FW．C為固件框架程序，主要進行硬件初始化、處理標準USB設備請求等功能。DSCR．A51為設備描述符程序，其中包含USB的各種描述符；USBJMPTB．OBJ為中斷向量跳轉表文件；SLAVEFIFO．C為外圍設備控制文件，主要進行USB功能設備的初始化以及用戶函數掛鉤的相關定義。

固件編程框架如圖6所示：

圖6 固件框架流程圖

Slave FIFO模式的初始化，在void TD_Init(void)函數中執行，該函數在上電后只執行一次，這里設置EP6為塊傳輸端點，512字節，為4倍緩沖深度，傳輸方向為IN。USB端點的配置必在DSCR.A51文件中進行定義，其相關代碼如下：

3 結語

配置CY7C68013在Slave FIFO模式下直接和視頻傳感器相連，節省了中間的邏輯處理單元，有效地節省了成本，并且在實際應用中成功實現視頻數據的上傳，數據連續無丟失。

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