嵌入式系列文章
参考：《STM32F429_DM00031020_ENV19.pdf》
本文目的：翻译STM32F429的PRM，深入理解DCMI接口的工作原理，最后将DCMI工作原理转换成驱动代码。
DCMI：Digital camera interface，数字摄像头接口

15.1 介绍

数字摄像头接口是一种同步并行的接口，可以从外部8位、10位、12位或14位宽的CMOS摄像头模组获取高速数据流。支持不同的数据格式：YCbCr4:2:2/RGB565渐进式视频和压缩的数据（JPEG）。
这个接口用于黑白相机、X24和X5相机（24倍变焦和5倍变焦？），并且假设所有预处理（如调整大小）都在相机模块中执行。

15.2 DCMI主要功能

· 8-，10-，12-，或 14-位并行接口；
· 内嵌式或硬线式的行和帧同步；
· 连续或快照模式；
· 裁剪功能；
· 支持下面的数据格式：
– 8/10/12/14位渐进式视频：黑白单色或原始格式.raw原始格式.raw原始格式.raw
– YCbCr 4:2:2YCbCr 4:2:2YCbCr 4:2:2渐进式视频（渐进式progressive，翻译成“逐行扫描”更合适，与interlace隔行扫描相对应）
– RGB 565渐进式视频
– 压缩数据：JPEG

15.3 DCMI针脚

全部是输入引脚。

15.4 DCMI时钟

DCMI时钟2个时钟域：像素时钟PIXCLK和模块时钟HCLK。在信号稳定后，跟随PIXCLK产生的信号在HCLK的上升沿被采样。HCLK域会产生一个使能信号，用于指示来自相机的数据已经稳定且能被采样。PIXCLK的最小周期必须大于2.5倍的HCLK的周期。
备注：

根据STM32的时钟树，假设HCLK配置成180MHz，那么PIXCLK最大的频率不能超过180/2.5=72MHz，对某些相机接口来说，这个频率最大只能采集720p的图像。

15.5 DCMI功能概览

DCMI是一个同步并行接口，可以接收高速（最大可达54MByte/s）数据流。包括高达14根数据线（D13-D0）和一根像素时钟线。像素时钟线极性可编程，这样数据可以在像素时钟的上升沿或下降沿进行捕获。
数据被传送到一个32位的数据寄存器中（DCMI_DR），然后通过通用的DMA通道进行传输。图像缓存由DMA来管理，而不是DCMI接口来管理。
接收到的数据可以组织成行/帧（YUV/RGB/raw模式）或可以是JPEG图像序列。要使能JPEG图片接收，必须设置JPEG位（DCMI_CR寄存器的bit3）。
数据流可以使用HSYNC（水平同步）和VSYNC（垂直同步）这种硬线方式，也可以使用内嵌到数据流中的同步码的方式进行同步。
下图是DCMI模块框图：

下图是DCMI模块顶层视图：

15.5.1 DMA接口

当DCMI_CR寄存器中的CAPTURE位被设置时，DMA接口就会被激活。每次DCMI接收到32位的数据时就会产生一次DMA请求。

15.5.2 DCMI物理接口

接口包含11/13/15/17根输入线（分别对应8/10/12/14位宽），只支持从设备模式。
接口的位宽取决于DCMI_CR寄存器的EDM[1:0]位。如果位宽小于14，则没使用的数据引脚则不能被复用为DCMI接口。

数据由PIXCLK进行同步，并且根据极性配置，在像素时钟的上升或下降沿进行改变。（备注：数据的改变由PIXCLK来驱动，DCMI内的数据采样是HCLK的上升沿）
HSYNC表示行数据的开始和结束；
VSYNC表示帧数据的开始和结束；
下图是DCMI 信号的时序图：

1、图中捕获沿是PIXCLK的下降沿，HSYNC和VSYNC的激活状态是1。
1、HSYNC和VSYNC可以同时改变。
● 8位数据
当DCMI_CR中的EDM[1:0]配置为00，则接口从输入接口D[0:7]中捕获8位LSB数据，并把它们存储为8位数据，而D[13:8]就被忽略。这样获取32位的数据需要4个像素时钟周期。
最先捕获的数据放在32位数据的低地址处，而第4次捕获到的数据放在高地址处，如下图所示：

● 10位数据
当DCMI_CR中的EDM[1:0]配置为01，则DCMI从输入引脚D[0…9]获取10位数据存入16位数据的低10位。剩下的高位（DCMI_CR的bit11~15）配置为0。这样32位数据需要2个像素时钟周期可填满。
存放方法同样是先来的数据存放在低地址处，如下图所示：

12bit和14位同理。

15.5.3 同步

DCMI接口支持内嵌码或硬线（HSYNC和VSYNC）同步。在使用内嵌码同步时，数字摄像头模块必须保证0x00和0xFF只用于同步，而不是数据。内嵌码同步模式仅支持8位并行数据宽度（这样，DCMI_CR寄存器的EDM[1:0]位必须要清零）。
对于压缩的数据，DCMI只支持硬线同步模式。这样VSYNC作为图像的开始/结束，而HSYNC作为数据有效的信号。下图是JPEG的时序图：

● 硬线同步模式
在硬线同步模式下，使用了两个同步信号（HSYNC和VSYNC）。
根据相机模组，数据会在水平/垂直同步期间传输。HSYNC/VSYNC 信号的作用类似于消隐信号，因为在 HSYNC/VSYNC 有效期间接收到的所有数据都将被忽略。（备注：HSYNC/VSYNC有效期间应该是指作为消隐信号时的有效期间）
为了正确地将图片传入DMA/RAM的缓存，数据需要在VSYNC信号的同步下进行传输。当使用硬线同步模式，且使能捕获（设置DCMI_CR的CAPTURE位），则数据传输由VSYNC的非激活状态（下一帧的开始）进行同步。
传输可以连续地，通过使用DMA将连续的帧传输到连续的缓存区或相同/循环的缓存区中。为了允许DMA管理连续的帧，VSIF（垂直同步中断标志）会在每帧结尾进行激活。
● 内嵌码同步模式
在这种同步模式下，数据流使用嵌入在数据流中的 32 位代码进行同步。 这些代码使用数据中不再使用的 0x00/0xFF 值。 有 4 种类型的代码，均采用 0xFF0000XY 格式。 嵌入式同步代码仅在 8 位并行数据宽度捕获中受支持（在 DCMI_CR 寄存器中，EDM[1:0] 位应编程为“00”）。 对于其他数据宽度，此模式会产生不可预知的结果，不得使用。
注意：相机模块可以有 8 个这样的代码（在交错模式下）。 出于这个原因，相机接口不支持交错模式（否则每隔半帧就会被丢弃）。
· 模式2
四个嵌入代码表示以下事件
– 帧开始：Frame start (FS)
– 帧结束：Frame end (FE)
– 行开始：Line start (LS)
– 行结束：Line end (LE)
四个代码的 0xFF0000XY 格式的 XY 值是可编程的（参见第 15.8.7 节：DCMI 嵌入式同步代码寄存器（DCMI_ESCR））。
[备注]：DCMI_ESCR寄存器：
`DCMI_ESCR寄存器

FEC：Frame end delimiter code，帧结束分隔代码
该字节指定帧结束分隔符的代码。 代码由 0xFF、0x00、0x00、FEC 形式的 4 个字节组成。如果 FEC 编程为 0xFF，则所有未使用的代码 (0xFF0000XY)解释为帧结束分隔符。
LEC: Line end delimiter code，行结束分隔代码
该字节指定行尾分隔符的代码。 该代码由 0xFF、0x00、0x00、LEC 形式的 4 个字节组成。
LSC: Line start delimiter code，行开始分隔代码
该字节指定行起始分隔符的代码。 该代码由 4 个字节组成，形式为 0xFF、0x00、0x00、LSC。
FSC: Frame start delimiter code，帧起始分隔代码
如果 FSC 编程为 0xFF，则不会检测到帧起始分隔符。 但是，FEC 代码之后第一次出现的 LSC 将被解释为帧分隔符的开始。
0xFF被编程为“帧结束” ，意味着所有未使用的代码都被解释为有效的帧结束代码。
在此模式下，一旦启用了相机接口，帧捕获在第一次出现帧结束 (FE) 代码后开始，然后是帧开始 (FS) 代码。
· 模式1
另一种编码是相机模式 1。此模式与 ITU656 兼容。 这些代码标志着另一组事件：
– SAV（活动行）- 行开始
– EAV（活动行）- 行结束
– SAV（消隐）- 帧间消隐期间的行尾
– EAV（消隐） - 帧间消隐期间的行尾
通过编写以下代码可以支持此模式：
• FS ≤ 0xFF
• FE ≤ 0xFF
• LS ≤ SAV (active)
• LE ≤ EAV (active)
还为帧/行开始和帧/行结束代码实现了嵌入的非屏蔽码。 使用它，可以仅将选定的未屏蔽位与编程代码进行比较。 因此，您可以在嵌入代码中选择一个位进行比较并检测帧/行开始或帧/行结束。 这意味着帧/行开始和帧/行结束可以有不同的代码，但未屏蔽的位保持相同。
例如：
FS = 0xA5
FS的非屏蔽码是0x10
在这种情况下，帧起始码嵌入在帧起始码的第 4 位。
备注：非屏蔽码位取0表示屏蔽，1表示未屏蔽，通过屏蔽码，可以选择某个位作为同步信号，而被屏蔽的位可以取其他的值。对STM32来说，只关注未屏蔽未，只要未屏蔽位出现同步信号就会进行同步。

15.5.4 捕获模式

DCMI接口支持2种捕获模式：快照模式（单帧）和连续抓取。
● 快照模式（单帧）
在这种模式下，可以捕获到一个单帧（DMCI_CR寄存器中的CM=1）。在DCMI_CR的CAPTURE位被置位，在采样数据之前，DCMI接口要等待检测到一个帧启动信号。在完成第一帧的数据接收后，DCMI会自动除能（CAPTURE位被清零）。如果使能了中断则此时会产生一个中断。
当发生超限事件（overrun），则帧被丢弃，并且CAPTURE位被清零。快照模式下的时序图如下图所示：

这里HSYNC和VSYNC的激活状态都是1，这两个信号可以同时变更状态。
● 连续抓取模式
在这种模式下（DCMI_CR的CM位为0），一旦DCMI_CR中的CAPTURE位被设置，则抓取程序会在下一个VSYNC信号或内嵌码模式下的帧开始FS信号到来后启动。该进程会一直持续直到CAPTURE位被清零。 一旦CAPTURE位被清零，抓取进程会持续到当前帧结束。

在连续抓取模式下，你可以配置DCMI_CR寄存器中的FCRC位来抓取所有图像、每两帧抓一帧，或每四帧抓一帧，来减少帧的捕获率。
注意：在硬线同步模式下（DCMI_CR的ESS=0），IT_VSYNC中断依然会在CAPTURE=0时产生，所以，为了减少帧率，IT_VSYNC中断可以用来累计两次捕获的帧数，并且和快照模式结合起来用。这在内嵌码模式下是不允许的。

15.5.5 裁剪功能

使用裁剪功能，DCMI接口可以在接收到的图片中选取一个矩形窗。起点（左上角）坐标和大小（水平维度是像素时钟个数，而垂直维度是行数）由两个32位的寄存器（DCMI_CWSTRT和DCMI_CWSIZE）来指定。窗口的大小水平维度是像素时钟的个数，垂直维度是行数。

这些寄存器指定了捕获窗口的起始坐标，一个是行数（在一帧中是从0开始），一个是像素时钟数（在一行中是从0开始），还指定了窗口的大小，即行数和像素时钟数。DCMI_CSIZE中的CAPCNT值只能是4的倍数，这样才能正确地使用DMA进行传传输。
如果VSYNC在DCMI_CSIZE寄存器中的行数到达之前被激活，则捕获停止且IT_FRAME中断产生。

15.5.6 JPEG格式

为了允许JPEG格式图像的接收，需要设置DCMI_CR寄存器中的JPEG位。JPEG图片不是以行和帧的格式存储，所以VSYNC作为捕获的起始信号，而HSYNC作为数据使能信号。一行的数据字节数不一定是4的倍数，所以你需要小心处理这种情况，因为一个DMA请求是每次完成32位数据传输才会产生的。如果检测到了帧结束，但是32位数据没完全传输完，则剩下的数据会是0，而且产生DMA请求。
裁剪功能和内嵌码同步码不支持在JPEG格式下使用。

15.5.7 FIFO

一个四字的FIFO用来管理传输到AHB总线上的数据率。DCMI接口具备一个简单的FIFO控制器，每次从AHB接口读的时候增加读指针，每次往FIFO中写数据的时候增加写指针。这里没有过载保护以防止数据被写覆盖，如果AHB接口不支持该数据传输率的话。
一旦产生过载或同步信号的错误，则FIFO会被复位，并且DCMI等待新的帧启动信号。

15.6 数据格式描述

15.6.1 数据格式

支持三种类型的数据：
● 8位的渐进视频；
● YCbCr 422
● RGB565
压缩数据：JPEG
对黑白数据、YUV、RGB数据来说，最大输入尺寸是2048*2048。JPEG格式下没限制。
对于单色、RGB 和 YCbCr，帧缓冲区以光栅模式存储。使用32bit的数据宽度。只支持小端模式。下图是像素光栅扫描顺序。

15.6.2 单色格式

特点：
● 光栅格式
● 每个像素8位
下图展示了这种数据的存储方式：

15.6.3 RGB格式

特点：
● 光栅格式
● RGB
● 交错的：一个缓存中RGB交错，BRGBRGBRG等
● 针对显示输出进行了优化
RGB 平面格式与标准 OS 帧缓冲区显示格式兼容。只支持16BPP（bits per pixel），每32位数据2个像素。24BPP和灰度格式不支持。像素以光栅扫描顺序存储，即像素行从上到下，像素行内从左到右。 像素分量是 R（红色）、G（绿色）和 B（蓝色）。 所有组件都具有相同的空间分辨率（4:4:4 格式）。 一帧存储在一个单独的部分中，组件以像素为基础交错。下图是RGB565的存储格式：

15.6.4 YCbCr格式

特点：
● 光栅格式
● YCbCr 422
● 交错：一个缓存中，Y，Cb和Cr交错。
像素分量是 Y（亮度或“亮度”）、Cb 和 Cr（色度或“色度”蓝色和红色）。 每个分量都以 8 位编码。 亮度和色度存储在一起（交错），如下图 所示。

15.7 DCMI中断

产生五个中断。所有中断都可以被软件屏蔽。全局中断（IT_DCMI）是所有单个中断的逻辑或。下图是所有中断的列表。

15.8 寄存器描述

【未完待续】