ov5640_lcd_display学习笔记

最近学习了正点原子fpga ov5640摄像头显示例程，特此记录一下。

系统框架与接口

FPGA要操控的外围器件为ov5640摄像头、LCD和DDR3，接口方面也并不算复杂，用到的接口为sccb、dvp以及RGB888。

sccb接口用来配置摄像头寄存器参数，并且iic兼容sccb,所以配置寄存器直接调用iic的驱动模块即可。

dvp接口为摄像头的数据输出接口，位宽为10bit（[D[9:0]]），RGB格式输出时，有效数据位为2_{9(D[9:2])，将摄像头数据输出的2}9pin接入fpga的管脚。值得注意的是，ov5640不止支持dvp接口，还支持mipi接口，不过原子的这个例程所用到的硬件仅支持dvp。

rgb888：尽管接口位宽为24（3字节为一个像素），红绿蓝色彩深度各为8bit，但实际上例程所配置摄像头的输出格式为565，也就是2字节为一个像素，红绿蓝有效位分别位5bit、6bit、5bit，其余无效位补0；

开发前需要明确的问题

1. 需要什么像素数据输出格式？（图像数据格式包含YUV、RGB565、RGB555还是RAW等）
2. 需要什么图像输出时序？（XQGA：2048×1536、UXGA：1600×1200、SXGA：1280*1024、WXGA：1440×900、WXGA：1280×800、XGA：1024×768、SVGA：800×600、VGA：640×480、QVGA：320×240、QQVGA：160×120等）
3. LCD的分辨率是多少？（原子的LCD屏分辨率有1280×800、1024×600、800×480以及480×272）
4. LCD采用哪种时序输入模式？（input timing mode：DE mode/HV mode）

只有回答上面的三个问题，才能确定配置摄像头参考时钟是多少、LCD参考时钟是多少以及计算实际带宽。

摄像头寄存器配置

摄像头上电后，有20ms初始化时间，必须等20ms后才可以对摄像头寄存器进行配置。

OV5640 的寄存器较多，对于其它寄存器的描述可以参考 OV5640 的数据手册。需要注意的是，OV5640的数据手册并没有提供全部的寄存器描述，而大多数必要的寄存器配置在 ov5640 的软件应用手册中可以找到，可以结合这两个手册学习如何对 OV5640 进行配置。
大部分默认原子的配置就好。

图像窗口与实际输出大小

//预缩放窗口水平起始点高8位
8'd212: i2c_data <= {16'h3800,8'h00};  //x_addr_st
//预缩放窗口水平起始点低8位
8'd213: i2c_data <= {16'h3801,8'h00};  //x_addr_st
//预缩放窗口垂直起始点高8位
8'd214: i2c_data <= {16'h3802,{3'd0,y_addr_st[12:8]}};
//预缩放窗口垂直起始点低8位
8'd215: i2c_data <= {16'h3803,y_addr_st[7:0]};

//预缩放窗口水平截止点高8位
8'd216: i2c_data <= {16'h3804,8'h0a}; //x_addr_end
//预缩放窗口水平截止点低8位
8'd217: i2c_data <= {16'h3805,8'h4f}; //x_addr_end  
//预缩放窗口垂直截止点高8位
8'd218: i2c_data <= {16'h3806,{3'd0,y_addr_end[12:8]}}; 
//预缩放窗口垂直截止点低8位
8'd219: i2c_data <= {16'h3807,y_addr_end[7:0]}; 

//设置输出像素个数
//DVP 输出水平像素点数高4位
8'd220: i2c_data <= {16'h3808,{4'd0,cmos_h_pixel[11:8]}};
//DVP 输出水平像素点数低8位
8'd221: i2c_data <= {16'h3809,cmos_h_pixel[7:0]};
//DVP 输出垂直像素点数高3位
8'd222: i2c_data <= {16'h380a,{5'd0,cmos_v_pixel[10:8]}};
//DVP 输出垂直像素点数低8位
8'd223: i2c_data <= {16'h380b,cmos_v_pixel[7:0]};


//水平总像素大小高5位
8'd224: i2c_data <= {16'h380c,{3'd0,total_h_pixel[12:8]}}; //x_addr_max
//水平总像素大小低8位 
8'd225: i2c_data <= {16'h380d,total_h_pixel[7:0]}; //x_addr_max
//垂直总像素大小高5位 
8'd226: i2c_data <= {16'h380e,{3'd0,total_v_pixel[12:8]}}; //y_addr_max
//垂直总像素大小低8位     
8'd227: i2c_data <= {16'h380f,total_v_pixel[7:0]}; //y_addr_max

实际有效像素输出是由cmos_h_pixel和cmos_v_pixel决定（比如LCD为1024 * 600 分辨率，0x3808(高位byte) & 0x3809(低位byte)两个寄存器就填入1024，同理0x380a(高位byte) & 0x380b(低位byte)两个寄存器就填入1024就填入600）

LCD显示时序

市面上在售的显示器或者LCD屏幕，尺寸上都有统一的工业标准，每一种显示分辨率都有相应规格的像素时钟周期和驱动时钟频率，这是开发者的研发依据。
开发者在具体的研发过程中应参考具体显示硬件的规格书或者《VESA_VGA时序标准》。

这是正点原子查找后整理过的的。

这是我自己查找手册的

一帧图像周期数计算公式：行显示周期 × 列显示周期
Number = (VSPW+VBP+LINE+VFP) * (HSPW + HBP + HOZVAL + HFP)

显示一帧图像时间：Time = Number × 时钟频率周期
（如1024×600分辨率就是1344×635×20ns，50M是20ns一周期）

HSPW：行同步信号宽度，也就是 HSYNC 信号持续时间。 HSYNC 信号不是一个脉冲，而是需要持续一段时间才是有效的，单位为 CLK。

HBP：行显示后沿（或后肩），单位是 CLK。

HOZVAL：行有效显示区域，即显示一行数据所需的时间，假如屏幕分辨率为 1024*600，那么HOZVAL 就是 1024，单位为 CLK。

HFP：行显示前沿（或前肩），单位是 CLK。

VSYNC：帧（场）同步信号，当此信号有效的时候就表示开始显示新的一帧数据，查阅所使用的
LCD 数据手册可以知道此信号是低电平有效还是高电平有效。

VSPW：帧同步信号宽度，也就是 VSYNC 信号持续时间，单位为 1 行的时间。

VBP：帧显示后沿（或后肩），单位为 1 行的时间。

LINE：帧有效显示区域，即显示一帧数据所需的时间，假如屏幕分辨率为 1024*600，那么 LINE 就是600 行的时间。

VFP：帧显示前沿（或前肩），单位为 1 行的时间。

未搞懂的地方

1. 上图的tFrame这个参数尽管原子工程师告诉我是调试出来，但我认为这个值应该有所依据才对。
2. 寄存器配置的依据没搞懂，尽管看了OV官方的文档还是不太明白。
3. LCD显示时序图1中关于行/场同步、行/场显示前沿、行/场显示后沿参数的来源并未在LCD规格书中找到。