1.硬件平台：正点原子探索者STM32F407开发板2.软件平台：MDK5.13.固件库版本：V1.4.0
ALIENTEK探索者STM32F4开发板具有DCMI接口，并板载了一个摄像头接口（P8），该接口可以用来连接ALIENTEK OV2640等摄像头模块。本章，我们将使用STM32驱动ALIENTEK OV2640摄像头模块，实现摄像头功能。本章分为如下几个部分：
40.1 OV2640&DCMI简介
40.2 硬件设计
40.3 软件设计
40.4 下载验证
40.1 OV2640&DCMI简介
本节将分为两个部分，分别介绍OV2640和STM32F4的DCMI接口。
40.1.1 OV2640简介
OV2640是OV（OmniVision）公司生产的一颗1/4寸的CMOS UXGA（1632*1232）图像传感器。该传感器体积小、工作电压低，提供单片UXGA摄像头和影像处理器的所有功能。通过SCCB 总线控制，可以输出整帧、子采样、缩放和取窗口等方式的各种分辨率8/10位影像数据。该产品UXGA图像最高达到15帧/秒（SVGA可达30帧，CIF可达60帧）。用户可以完全控制图像质量、数据格式和传输方式。所有图像处理功能过程包括伽玛曲线、白平衡、对比度、色度等都可以通过SCCB接口编程。OmmiVision 图像传感器应用独有的传感器技术，通过减少或消除光学或电子缺陷如固定图案噪声、拖尾、浮散等，提高图像质量，得到清晰的稳定的彩色图像。
OV2640的特点有：
l 高灵敏度、低电压适合嵌入式应用
l 标准的SCCB接口，兼容IIC接口
l 支持RawRGB、RGB(RGB565/RGB555)、GRB422、YUV(422/420)和YCbCr（422）输出格式
l 支持UXGA、SXGA、SVGA以及按比例缩小到从SXGA到40*30的任何尺寸
l 支持自动曝光控制、自动增益控制、自动白平衡、自动消除灯光条纹、自动黑电平校准等自动控制功能。同时支持色饱和度、色相、伽马、锐度等设置。
l 支持闪光灯
l 支持图像缩放、平移和窗口设置
l 支持图像压缩，即可输出JPEG图像数据
l 自带嵌入式微处理器
OV2640的功能框图图如图40.1.1.1所示：
图40.1.1.1 OV2640功能框图
OV2640传感器包括如下一些功能模块。
1.感光整列（Image Array）
OV2640总共有1632*1232个像素，最大输出尺寸为UXGA（1600*1200），即200W像素。
2.模拟信号处理（Analog Processing）
模拟信号处理所有模拟功能，并包括：模拟放大（AMP）、增益控制、通道平衡和平衡控制等。
3.10位A/D 转换（A/D）
原始的信号经过模拟放大后，分G和BR两路进入一个10 位的A/D 转换器，A/D 转换器工作频率高达20M，与像素频率完全同步（转换的频率和帧率有关）。除A/D转换器外，该模块还有黑电平校正（BLC)功能。
4.数字信号处理器（DSP）
这个部分控制由原始信号插值到RGB 信号的过程，并控制一些图像质量：
l 边缘锐化（二维高通滤波器）
l 颜色空间转换（原始信号到RGB或者YUV/YCbYCr)
l RGB色彩矩阵以消除串扰
l 色相和饱和度的控制
l 黑/白点补偿
l 降噪
l 镜头补偿
l 可编程的伽玛
l 十位到八位数据转换
5.输出格式模块（Output Formatter）
该模块按设定优先级控制图像的所有输出数据及其格式。
6.压缩引擎（Compression Engine）
压缩引擎框图如图40.1.1.2所示：
图40.1.1.2 压缩引擎框图
从图可以看出，压缩引擎主要包括三部分：DCT、QZ和entropy encoder（熵编码器），将原始的数据流，压缩成jpeg数据输出。
7.微处理器（Microcontroller）
OV2640自带了一个8位微处理器，该处理器有512字节SRAM，4KB的ROM，它提供一个灵活的主机到控制系统的指令接口，同时也具有细调图像质量的功能。
8.SCCB接口（SCCB Interface）
SCCB接口控制图像传感器芯片的运行，详细使用方法参照光盘的《OmniVision Technologies Seril Camera Control Bus(SCCB) Specification》这个文档
9.数字视频接口（Digital Video Port）
OV2640拥有一个10位数字视频接口(支持8位接法)，其MSB和LSB可以程序设置先后顺序，ALIENTEK OV2640模块采用默认的8位连接方式，如图40.1.1.3所示：
图40.1.1.3 OV2640默认8位连接方式
OV2640的寄存器通过SCCB时序访问并设置，SCCB时序和IIC时序十分类似，在本章我们不做介绍，请大家参考光盘《OmniVision Technologies Seril Camera Control Bus(SCCB) Specification》这个文档。
接下来，我们介绍一下OV2640的传感器窗口设置、图像尺寸设置、图像窗口设置和图像输出大小设置，这几个设置与我们的正常使用密切相关，有必要了解一下。其中，除了传感器窗口设置是直接针对传感器阵列的设置，其他都是DSP部分的设置了，接下来我们一个个介绍。
传感器窗口设置，该功能允许用户设置整个传感器区域（1632*1220）的感兴趣部分，也就是在传感器里面开窗，开窗范围从2*2~1632*1220都可以设置，不过要求这个窗口必须大于等于随后设置的图像尺寸。传感器窗口设置，通过：0X03/0X19/0X1A/0X07/0X17/0X18等寄存器设置，寄存器定义请看OV2640_DS(1.6).pdf这个文档（下同）。
图像尺寸设置，也就是DSP输出（最终输出到LCD的）图像的最大尺寸，该尺寸要小于等于前面我们传感器窗口设置所设定的窗口尺寸。图像尺寸通过：0XC0/0XC1/0X8C等寄存器设置。
图像窗口设置，这里起始和前面的传感器窗口设置类似，只是这个窗口是在我们前面设置的图像尺寸里面，再一次设置窗口大小，该窗口必须小于等于前面设置的图像尺寸。该窗口设置后的图像范围，将用于输出到外部。图像窗口设置通过：0X51/0X52/0X53/0X54/0X55/0X57等寄存器设置。
图像输出大小设置，这是最终输出到外部的图像尺寸。该设置将图像窗口设置所决定的窗口大小，通过内部DSP处理，缩放成我们输出到外部的图像大小。该设置将会对图像进行缩放处理，如果设置的图像输出大小不等于图像窗口设置图像大小，那么图像就会被缩放处理，只有这两者设置一样大的时候，输出比例才是1：1的。
因为OmniVision 公司公开的文档，对这些设置实在是没有详细介绍。只能从他们提供的初始化代码（还得去linux源码里面移植过来）里面去分析规律，所以，这几个设置，都是作者根据OV2640的调试经验，以及相关文档总结出来的，不保证百分比正确，如有错误，还请大家指正。
以上几个设置，光看文字可能不太清楚，这里我们画一个简图有助于大家理解，如图40.1.1.4所示：
图40.1.1.4 OV2640图像窗口设置简图
上图，最终红色框所示的图像输出大小，才是OV2640输出给外部的图像尺寸，也就是显示在LCD上面的图像大小。当图像输出大小与图像窗口不等时，会进行缩放处理，在LCD上面看到的图像将会变形。
最后，我们介绍一下OV2640的图像数据输出格式。首先我们简单介绍一些定义：
UXGA，即分辨率位1600*1200的输出格式，类似的还有：SXGA(1280*1024)、WXGA+(1440*900)、XVGA(1280*960)、WXGA(1280*800)、XGA(1024*768)、SVGA(800*600)、VGA(640*480)、CIF(352*288)、WQVGA(400*240)、QCIF(176*144)和QQVGA(160*120)等。
PCLK，即像素时钟，一个PCLK时钟，输出一个像素(或半个像素)。
VSYNC，即帧同步信号。
HREF /HSYNC，即行同步信号。
OV2640的图像数据输出（通过Y[9:0]）就是在PCLK，VSYNC和HREF/ HSYNC的控制下进行的。首先看看行输出时序，如图40.1.1.5所示：
图40.1.1.5 OV2640行输出时序
从上图可以看出，图像数据在HREF为高的时候输出，当HREF变高后，每一个PCLK时钟，输出一个8位/10位数据。我们采用8位接口，所以每个PCLK输出1个字节，且在RGB/YUV输出格式下，每个tp=2个Tpclk，如果是Raw格式，则一个tp=1个Tpclk。比如我们采用UXGA时序，RGB565格式输出，每2个字节组成一个像素的颜色（高低字节顺序可通过0XDA寄存器设置），这样每行输出总共有1600*2个PCLK周期，输出1600*2个字节。
再来看看帧时序（UXGA模式），如图40.1.1.6所示：
图40.1.1.6 OV2640帧时序
上图清楚的表示了OV2640在UXGA模式下的数据输出。我们按照这个时序去读取OV2640的数据，就可以得到图像数据。
最后说一下OV2640的图像数据格式，我们一般用2种输出方式：RGB565和JPEG。当输出RGB565格式数据的时候，时序完全就是上面两幅图介绍的关系。以满足不同需要。而当输出数据是JPEG数据的时候，同样也是这种方式输出（所以数据读取方法一模一样），不过PCLK数目大大减少了，且不连续，输出的数据是压缩后的JPEG数据，输出的JPEG数据以：0XFF,0XD8开头，以0XFF,0XD9结尾，且在0XFF,0XD8之前，或者0XFF,0XD9之后，会有不定数量的其他数据存在（一般是0），这些数据我们直接忽略即可，将得到的0XFF,0XD8~0XFF,0XD9之间的数据，保存为.jpg/.jpeg文件，就可以直接在电脑上打开看到图像了。
OV2640自带的JPEG输出功能，大大减少了图像的数据量，使得其在网络摄像头、无线视频传输等方面具有很大的优势。OV2640我们就介绍到这。
图40.1.2.3 ALIENTEK OV2640摄像头模块外观图
模块原理图如图40.1.2.4所示：
这些线的连接，探索者STM32F4开发板的内部已经连接好了，我们只需要将OV2640摄像头模块插上去就好了。特别注意：DCMI摄像头接口和I2S接口、DAC、SDIO以及1WIRE_DQ等有冲突，使用的时候，必须分时复用才可以，不可同时使用。实物连接如图40.2.2所示：
图40.2.2 OV2640摄像头模块与开发板连接实物图
40.3 软件设计
软件设计请直接下载附件的pdf讲解和实验工程。
40.4 下载验证
在代码编译成功之后，我们通过下载代码到ALIENTEK探索者STM32F4开发板上，在OV2640初始化成功后，屏幕提示选择模式，此时我们可以按KEY0，进入RGB565模式测试，也可以按KEY1，进入JPEG模式测试。
当按KEY0后，选择RGB565模式，LCD满屏显示压缩放后的图像（有变形），如图40.4.1所示：
图40.4.1 RGB565模式测试图片
此时，可以按KEY_UP切换为1:1显示（不变形）。同时还可以通过KEY0按键，设置对比度；KEY1按键，设置饱和度；KEY2，可以设置特效。
当按KEY1后，选择JPEG模式，此时屏幕显示JPEG数据传输进程，如图40.4.2所示：
图40.4.2 JPEG模式测试图
默认条件下，图像分辨率是QVGA(320*240)的，硬件上：我们需要一根RS232串口线连接开发板的COM2（注意要用跳线帽将P9的：COM2_RX连接在PA2(TX)）。如果没有RS232线，也可以借助我们开发板板载的USB转串口实现（有2个办法：1，改代码；2，杜邦线连接P9的PA2(TX)和P6的RX）。
我们打开上位机软件：串口摄像头.exe（路径：光盘à\6，软件资料à软件à串口摄像头软件à串口摄像头.exe），选择正确的串口，然后波特率设置为115200，打开即可收到下位机传过来的图片了，如图40.4.3所示：
图40.4.3 串口摄像头软件接收并显示JPEG图片
我们可以通过KEY_UP设置输出图像的尺寸（QQVGA~UXGA）。通过KEY0按键，设置对比度；KEY1按键，设置饱和度；KEY2按键，设置特效。
同时，你还可以在串口，通过USMART调用SCCB_WR_Reg等函数，来设置OV2640的各寄存器，达到调试测试OV2640的目的，如图40.4.4所示：
图40.4.4 USMART调试OV2640
从上图还可以看出，帧率为15帧，这和我们前面介绍的OV2640在UXGA模式，输出帧率是15帧是一致的。
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