基于Slave FIFO模式的cmos摄像头接口设计

冯 祎 吴 超 王景中

（北方工业大学信息工程学院，北京石景山 100144）

0 引言

USB2.0接口以其高速的数据传输能力，在视频数据传输系统中有着广泛的应用。但以往都是在视频采集芯片和USB控制芯片之间加上了FPGA或者CPLD等逻辑控制器件，这样虽降低了开发难度，但也不可避免的增加了硬件资源，增加了生产成本。

因此，本文采用cmos视频采集芯片直接与USB控制芯片相连，数据无需再经过中间逻辑器件打包发送给USB控制器，而是直接由USB控制器上传到上位机。这里coms摄像头选用MICRON图像传感器MT9V032,USB控制器采用Cypress的EZ-USB FX2LP系列芯片，通过Slave FIFO模式进行视频数据传输。

1 接口硬件电路

1.1 USB控制器件CY7C68013芯片结构

Cypress公司的EZ－USB FX2是世界上第一款集成USB2.0的微处理器，它集成了USB2.0收发器、SIE（串行接口引擎）、增强的8051微控制器和可编程的外围接口。FX2这种独创性结构可使数据传输率达到56Mbytes/s，即USB2.0允许的最大带宽。在FX2中，智能SIE可以硬件处理许多USB1.1和USB2.0协议，从而减少了开发时间和确保了USB的兼容性。GPIF（General Programmable Interface）和主/从端点FIFO（8位或16位数据总线）为ATA、UTOPIA、EPP、PCMCIA和DSP等提供了简单和无缝连接接口。其内部结构如图1所示。它有三种封装形式：56SSOP，100TQFP和128TQFP。本文采用56引脚型号。

图1 CY7C68013结构图

1.2 Slave FIFO传输

当有一个与FX2芯片相连的外部逻辑只需要利用FX2做为一个USB 2.0接口而实现与主机的高速通讯，而它本身又能够提供满足Slave FIFO要求的传输时序，可以将外部逻辑作为Slave FIFO主控制器时，即可考虑用此传输方式。

Slave FIFO传输如图2所示：

图2 Slave FIFO传输

在这种方式下，FX2内嵌的8051固件的功能只是配置Slave FIFO相关的寄存器以及控制FX2何时工作在Slave FIFO模式下。一旦8051固件将相关的寄存器配置完毕，且使自身工作在Slave FIFO模式下后，外部逻辑即可按照Slave FIFO的传输时序，高速与主机进行通讯，而在通讯过程中不需要8051固件的参与。

1.3 视频采集芯片MT9V032的主要特性

MT9V032 是 Aptina生产的 1/3 寸 CMOS传感器，分辨率为 752×480，像素大小达到 6.0×6.0μm。该传感器具有Micron 的DigitalClarity CMOS 成像技术，它不仅具有 CMOS传感器速度高、集成度高等优势，其灵敏度达到 4.8 V/lux-sec，在高动态拍摄模式下动态范围可达 110dB，提供了比一般 CCD传感器更优的成像效果。本文使用的一帧图片时序图如图3、图4所示，MT9V032输出像素数据为10位，本系统取8位有效数据。

图3 MT9V032的行同步时序

图4 MT9V032的场同步时序

P1：帧开始标志；

A：有效数据时间；

Q：无效数据时间；

P2:帧结束标志。

1.4 硬件电路原理与设计

系统主要硬件结构如图5所示。设计中采用I2C总线对MT9V032芯片进行配置，FX2中增强型8051单片机时钟24M输出作为传感器主时钟，PICLK像素时钟作为IFCLK时钟，为传感器主时钟翻转。LINE_VALID行同步信号接Slave FIFO写允许，根据图片帧时序，SLWR设置为高电平有效。图片帧同步信号FRAME_VALID会在一帧图像传输到控制器后触发INT0中断。由于数据量太大,本设计没有在INT0中断服务子程序中进行全部的数据处理,而是设置了一个标志位,并通过标志位的状态来在主程序中进行处理,由此来判断帧头。USB控制器的FIFO处于从模式。控制器的端点设置为EP6-512字节、四重缓存,块传输、输入模式。这样的设置可以满足系统要求。

图5 系统主要硬件结构

2 接口固件程序设计

主要是针对USB的固件设计。为了简化固件编程，我们直接调用Cypress提供的固件编程框架，本文固件程序使用Keil C51 uVision2编写，主要共包含 STARTUP.A51、FW.C、SLAVEFIFO.C、EZUSB.LIB、DSCR.A51及USBJMPTB．OBJ等六个文件。其中，STARTUP．A51为芯片上电初始化程序，在CPU复位后执行，主要进行初始化内存以及再入函数堆栈初始化、片外存储空间初始化等功能；EZUSB．LIB为固件函数库链接程序；FW．C为固件框架程序，主要进行硬件初始化、处理标准USB设备请求等功能。DSCR．A51为设备描述符程序，其中包含USB的各种描述符；USBJMPTB．OBJ为中断向量跳转表文件；SLAVEFIFO．C为外围设备控制文件，主要进行USB功能设备的初始化以及用户函数挂钩的相关定义。

固件编程框架如图6所示：

图6 固件框架流程图

Slave FIFO模式的初始化，在void TD_Init(void)函数中执行，该函数在上电后只执行一次，这里设置EP6为块传输端点，512字节，为4倍缓冲深度，传输方向为IN。USB端点的配置必在DSCR.A51文件中进行定义，其相关代码如下：

3 结语

配置CY7C68013在Slave FIFO模式下直接和视频传感器相连，节省了中间的逻辑处理单元，有效地节省了成本，并且在实际应用中成功实现视频数据的上传，数据连续无丢失。

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