SCCB 配置好后，cmos 的 DVP 端口就有数据出来了，怎么设计时序获取图像呢？
一、DVP端口
cmos_capture u_cmos_capture ( .clk_24m (clk_24m ), .cmos_pclk (cmos_pclk ), .rst_n (rst_n & sccb_cfg_done ), .cmos_vsync (cmos_vsync ), .cmos_href (cmos_href ), .cmos_data (cmos_data ), .frame_vsync ( ), .frame_hsync ( ), .rgb565_vld ( ), // 640x480 .rgb565_data ( ), .rgb_vld (rgb_vld ), // 480x272 .rgb_data (rgb_data ), .fps_rate (fps_rate ) );
端口的输出包括：图像数据，图像数据使能，fps数值。其中数据和使能又分为原版 640x480 和 裁剪后的 480x272。（如果是上一讲配置的ov5640则为1024x768→480x272）
二、去除前10帧
根据数据手册说的，前10帧图像数据不稳定，因此一般都是丢掉。代码设计很简单，找到 cmos_vsync 的上升沿计数，只计一次，计满 10 帧后的数据才是有效数据，如下所示：
//========================================================================== //== 打拍，以供后面程序使用 //========================================================================== always @(posedge cmos_pclk or negedge rst_n) begin if(!rst_n) begin cmos_vsync_r1 <= 1'b0; cmos_vsync_r2 <= 1'b0; cmos_href_r1 <= 1'b0; cmos_href_r2 <= 1'b0; end else begin cmos_vsync_r1 <= cmos_vsync; cmos_vsync_r2 <= cmos_vsync_r1; cmos_href_r1 <= cmos_href; cmos_href_r2 <= cmos_href_r1; end end //========================================================================== //== 前10帧图像数据不稳定，丢弃掉 //========================================================================== //vsync上升沿 //--------------------------------------------------- assign cmos_vsync_pos = (~cmos_vsync_r1 & cmos_vsync); //帧有效信号，去除前10帧 //--------------------------------------------------- always @(posedge cmos_pclk or negedge rst_n) begin if(!rst_n) begin frame_cnt <= 'd0; end else if(cmos_vsync_pos && frame_vld==1'b0) begin frame_cnt <= frame_cnt + 1'b1; end end assign frame_vld = (frame_cnt >= WAIT) ? 1'b1 : 1'b0;
其中，WAIT的数值为 10，frame_vld 为有效数据指示信号，前10帧时为低，之后一直为高。
三、数据拼接
ov7725 的数据手册中有如下一张图，说明了配置成 RGB565 时的时序情况。摄像头的数据为 8bit，是按照 RAW 像素设计的，当我们配置成 RGB565 格式输出时，需要两个 8bit 才能表示一个 16bit 的 RGB565 像素，因此需要对输出的像素进行人为的拼接，典型的时序如下所示：
RGB565的排列顺序也是通过寄存器设置的，也有别的排列顺序，我这设置的就是如图的格式。时序设计如下所示：
我们设计一个指示信号 byte_flag，不断的对原始数据 ov_5640_data 进行拼接，并设计 vld 信号表明输出有效标志。这个时序图是我之前学习开源骚客的教学视频时画的，和我下面贴出的代码信号名字有一点点不一样，但大体是相同的。代码如下所示：
//========================================================================== //== 两个原始数据拼成一个RGB565像素 //========================================================================== //字节指示 //--------------------------------------------------- always @(posedge cmos_pclk or negedge rst_n) begin if(!rst_n) begin byte_flag <= 1'b0; end else if(cmos_href) begin byte_flag <= ~byte_flag; end else begin byte_flag <= 1'b0; end end //rgb_data //--------------------------------------------------- always @(posedge cmos_pclk or negedge rst_n) begin if(!rst_n) begin rgb565_data <= 'h0; end else if(byte_flag == 1'b0) begin //first byte rgb565_data <= {cmos_data, rgb565_data[7:0]}; end else if(byte_flag == 1'b1) begin //second byte rgb565_data <= {rgb565_data[15:8], cmos_data}; end end //rgb_vld //--------------------------------------------------- always @(posedge cmos_pclk or negedge rst_n) begin if(!rst_n) begin rgb565_vld <= 1'b0; end else if(frame_vld && byte_flag) begin rgb565_vld <= 1'b1; end else begin rgb565_vld <= 1'b0; end end
四、行场有效信号
经过处理，行场信号需要改变才能和处理后的数据完美对齐，代码如下所示：
//========================================================================== //== 输出行场有效信号 //========================================================================== assign frame_vsync = frame_vld ? cmos_vsync_r2 : 1'b0; assign frame_hsync = frame_vld ? cmos_href_r2 : 1'b0;
五、分辨率裁剪
上一讲博客中提到，可以通过寄存器的配置改变输出的图像分辨率，但寄存器的配置需要查询 datasheet 再计算得结果，比较麻烦。我们可以通过简单的计数器，实现分辨率裁剪的效果。以 640x480 裁剪为 480x272 为例，取中间的部分，边上的舍去，代码如下所示：
parameter H_START = 12'd79 ; //裁剪后的宽度起始像素 parameter H_STOP = 12'd559 ; //裁剪后的宽度结束像素 parameter V_START = 12'd103 ; //裁剪后的高度起始像素 parameter V_STOP = 12'd375 ; //裁剪后的高度结束像素 //========================================================================== //== 分辨率裁剪：640x480 -> 480x272 //========================================================================== //行计数 //--------------------------------------------------- always @(posedge cmos_pclk or negedge rst_n) begin if(!rst_n) cnt_h <= 'd0; else if(add_cnt_h) begin if(end_cnt_h) cnt_h <= 'd0; else cnt_h <= cnt_h + 1'b1; end end assign add_cnt_h = rgb565_vld; assign end_cnt_h = add_cnt_h && cnt_h== 640-1; //场计数 //--------------------------------------------------- always @(posedge cmos_pclk or negedge rst_n) begin if(!rst_n) cnt_v <= 'd0; else if(add_cnt_v) begin if(end_cnt_v) cnt_v <= 'd0; else cnt_v <= cnt_v + 1'b1; end end assign add_cnt_v = end_cnt_h; assign end_cnt_v = add_cnt_v && cnt_v== 480-1; //裁剪后的数据：适配TFT屏 //--------------------------------------------------- assign rgb_data = rgb565_data; assign rgb_vld = rgb565_vld && (cnt_h >= H_START) && (cnt_h < H_STOP) && (cnt_v >= V_START) && (cnt_v < V_STOP);
这样得到的 rgb_data 和 rgb_vld 就是裁剪后的数据了，且只是裁剪，数据本身没有移位，总体时序没有变化。
六、帧率fps计算
通过巧妙的设计，我们就能够实时的得到当前 fps 的数值。其思想很简单，即计算 1s 时间内，来了多少次 cmos_vsync 即可。具体设计思想如下所示：
（1）通过一个确定的时钟对 cmos_vsync 进行打拍，求得其上升沿；
（2）通过该确定的时钟再进行 1s 时间的计数，每当计满 1s 则清0重新计数；
（3）对（1）求得的 cmos_vsync 上升沿进行计数，每当（2）的 1s 计满时，清 0 重新计数；
（4）对（3）在 1s 计满时那一刻的 cmos_vsync 上升沿数目寄存并输出，得到 fps 值。
这样看文字比较麻烦，好像很难一样，上代码吧：
//========================================================================== //== 帧率计算，不能用pclk时钟，需重新捕捉vsync_pos //========================================================================== //vsync上升沿 //--------------------------------------------------- always @(posedge clk_24m or negedge rst_n) begin if(!rst_n) frame_vsync_r <= 1'b0; else frame_vsync_r <= frame_vsync; end assign frame_vsync_pos = (~frame_vsync_r & frame_vsync); //1s时间 //--------------------------------------------------- always @(posedge clk_24m or negedge rst_n) begin if(!rst_n) cnt_1s <= 'd0; else if(add_cnt_1s) begin if(end_cnt_1s) cnt_1s <= 'd0; else cnt_1s <= cnt_1s + 1'b1; end end assign add_cnt_1s = frame_vld; assign end_cnt_1s = add_cnt_1s && cnt_1s== TIME_1S-1; //1s时间内的vsync次数 //--------------------------------------------------- always @(posedge clk_24m or negedge rst_n) begin if(!rst_n) cnt_fps <= 'd0; else if(end_cnt_1s) begin cnt_fps <= 'd0; end else if(frame_vld && frame_vsync_pos)begin cnt_fps <= cnt_fps + 'd1; end end //实时更新帧率值 //--------------------------------------------------- always @(posedge clk_24m or negedge rst_n) begin if(!rst_n) begin fps_rate <= 'd0; end else if(end_cnt_1s) begin fps_rate <= cnt_fps; end end
注释中特别提到，不能用 Pclk 来计算，必须是外部引入的确定的时钟。这点在 CrazyBingo 韩彬的代码中没有处理好，算是一个小 bug。最后我们将帧率值 fps_rate 引到端口，输送给数码管显示模块，就能够实时的知道当前采集的图像帧率值了。
至此，摄像头模块的部分算是讲解完了，讲得很粗，大把的贴代码。一是因为网上关于这方面的资料是在是太多了，讲得都比我总结的好，二是这些代码其实大部分都是我改的别家的，不算原创，也不盈利，所以贴出来。
还没有结束，下一讲我再整理一下摄像头显示工程中，摄像头以外的一些关键点。
参考资料：
[1]正点原子FPGA教程
[2]小梅哥《OV5640图像采集从原理到应用》
[3]开源骚客《SDRAM那些事儿》
[4]韩彬, 于潇宇, 张雷鸣. FPGA设计技巧与案例开发详解[M]. 电子工业出版社, 2014.