楊才生，吳狀肥，萬(wàn)國(guó)義

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007）

關(guān)鍵字：STM32F407；OV2640；嵌入式系統(tǒng)

引言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)越來(lái)越多應(yīng)用在各種微型控制系統(tǒng)中，如智能駕駛系統(tǒng)、機(jī)器人視覺系統(tǒng)、場(chǎng)景監(jiān)控系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)中大量使用攝像頭，雖然市面上有很多攝像頭可直接使用，但是具有個(gè)性化的攝像頭還是需要用戶自己設(shè)計(jì)和研究，比如要求攝像頭嵌入到控制系統(tǒng)中、要求具有視頻捕捉功能、要求具有圖像識(shí)別、對(duì)象跟蹤功能等。在智能駕駛系統(tǒng)中中的圖像采集與處理技術(shù)，在汽車主動(dòng)安全領(lǐng)域具有非常重要的意義。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能

一套完善的圖像采集系統(tǒng)由硬件和軟件兩個(gè)部分組成，其中硬件部分主要包括微控制器、攝像頭、圖像存儲(chǔ)設(shè)備等，軟件部分主要用來(lái)驅(qū)動(dòng)攝像頭，并實(shí)現(xiàn)圖像的傳輸、存儲(chǔ)與處理等任務(wù)。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 最小系統(tǒng)

（1）電源電路

電源電路用于給視覺系統(tǒng)提供功率需求，本設(shè)計(jì)要求電源模塊能將24V車載電源轉(zhuǎn)化成+5V和+3.3V兩個(gè)級(jí)別，其中+5V給攝像頭等模塊供電，+3.3V給MCU供電。圖1是24V轉(zhuǎn)+5V的電路原理圖：

圖1 24伏轉(zhuǎn)5伏電源電路

圖1中，MURB1620CT用于防止電源反接，SMAJ36A通過吸收浪涌沖擊實(shí)現(xiàn)對(duì)電路中的元器件的保護(hù)，LM2575S型調(diào)壓器可輸出高達(dá)3A的穩(wěn)定電流，從而為攝像頭等外設(shè)的工作提供了保證。

為了使STM32型微控制器正常運(yùn)行，需要給其提供3.3V穩(wěn)定的電壓，圖2所示為采用REG1117-3.3型集成三端穩(wěn)壓器實(shí)現(xiàn)+5V到+3.3V的轉(zhuǎn)換：

圖2 5伏轉(zhuǎn)3.3伏電壓

作為常用的降壓型穩(wěn)壓器，REG1117-3.3可將 4.8～10V的輸入電壓穩(wěn)定在+3.3V，且保證輸出電流高達(dá) 800mA，完全滿足圖像采集系統(tǒng)微處理器的功耗需求。

（2）復(fù)位電路

STM32F407是低電平復(fù)位的，所設(shè)計(jì)的復(fù)位電路如圖3所示，其中R13和C23構(gòu)成了上電復(fù)位電路：

圖3 復(fù)位電路

（3）JTAG調(diào)試接口

圖4 JTAG調(diào)試接口

通過JTAG調(diào)試接口既可對(duì)STM32F407內(nèi)部數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，又可實(shí)現(xiàn) ISP（In-System Programmer，在系統(tǒng)編程），便于對(duì)微控制器的FLASH等器件進(jìn)行編程。圖4所示為本設(shè)計(jì)所采用的20引腳JTAG調(diào)試接口。

2.2 攝像頭接口

STM32F407自帶數(shù)字同步并行攝像頭（DCMI）接口，該接口能夠接收外部8～14位CMOS攝像頭模塊發(fā)出的像素?cái)?shù)據(jù)流。STM32F407為OV2640型攝像頭模塊提供的接口如圖5所示：

圖5

在該接口中使用了微控制器的如下引腳資源：

DCMI（D[0:7]）：用于接 OV2640型攝像頭模塊的數(shù)據(jù)輸出引腳；

DCMI_HSYNC：用于接OV2640型攝像頭模塊的水平同步信號(hào)引腳；

DCMI_VSYNC：用于接OV2640型攝像頭模塊的垂直同步信號(hào)引腳；

DCMI_PIXCLK：用于接 OV2640型攝像頭模塊的像素時(shí)鐘信號(hào)引腳。

2.3 存儲(chǔ)器接口

STM32F407自帶的標(biāo)準(zhǔn)的SD卡接口使用4位SDIO接口驅(qū)動(dòng)，最高通信速度可達(dá) 48Mhz（分頻器旁路時(shí)）， 最高每秒可傳輸數(shù)據(jù) 24M字節(jié)，完全滿足圖像傳輸速度的要求，SD卡的接口電路如圖6所示：

圖6 SD卡接口電路

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 攝像頭驅(qū)動(dòng)

OV2640的初始化

OV2640型攝像頭模塊的初始化包括以下幾個(gè)方面的配置和操作：

（1）選擇控制對(duì)象為圖像傳感器，通過向 RA_DLMT寄存器寫入0x01實(shí)現(xiàn)；

（2）軟復(fù)位OV2640，通過COM7寄存器寫入0x80實(shí)現(xiàn)；

（3）設(shè)置圖像參數(shù)，包括：輸出模式，白平衡，亮度，對(duì)比度，特效，分辨率等。

圖像格式控制

由于YUV422格式的圖像直接讀取其像素的Y分量即可獲得該像素的灰度信息，因此驅(qū)動(dòng) OV2640時(shí)優(yōu)先考慮YUV422格式圖像數(shù)據(jù)的輸出。OV2640輸出YUV422格式圖像數(shù)據(jù)需要依次通過以下配置實(shí)現(xiàn)：

（1）通過向RA_DLMT寄存器寫0x00選擇控制對(duì)象為攝像頭模塊內(nèi)置DSP。

（2）通過 IMAGE_MODE寄存器切換攝像頭模塊的數(shù)據(jù)輸出格式。

（3）通過CTRL0寄存器控制攝像頭模塊的使能。

3.2 圖像的緩存

圖像傳感器采集到的像素?cái)?shù)據(jù)緩存在 32位數(shù)據(jù)寄存器DCMI_DR中，然后通過DMA傳輸至外部存儲(chǔ)設(shè)備。STM32F407的直接存儲(chǔ)器訪問DMA可以在無(wú)需任何CPU操作的情況下通過DMA快速移動(dòng)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)外設(shè)與存儲(chǔ)器之間的高速數(shù)據(jù)傳輸，這樣節(jié)省的CPU資源可供其它操作使用。

在本設(shè)計(jì)中，DCMI每次觸發(fā)DMA請(qǐng)求時(shí)DMA仲裁器根據(jù)當(dāng)前請(qǐng)求的優(yōu)先級(jí)啟動(dòng)圖像數(shù)據(jù)流從 DCMI_DR到FIFO的傳輸。當(dāng)圖像數(shù)據(jù)量達(dá)到FIFO的閾值時(shí)，F(xiàn)IFO中緩存的圖像數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)移至外部SRAM中。當(dāng)數(shù)據(jù)流項(xiàng)數(shù)寄存器達(dá)到零時(shí)DCMI請(qǐng)求DMA終止當(dāng)前的數(shù)據(jù)傳輸事務(wù)。

3.3 SD卡的驅(qū)動(dòng)

為了實(shí)現(xiàn)大量圖像數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，圖像緩沖區(qū)中的像素?cái)?shù)據(jù)要被及時(shí)轉(zhuǎn)移至SD卡中，使用SD卡進(jìn)行圖像存儲(chǔ)主要通過以下函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)：

//寫SD卡

//buf:寫數(shù)據(jù)緩存區(qū)

//sector:扇區(qū)地址

//cnt:扇區(qū)個(gè)數(shù)

//返回值，錯(cuò)誤狀態(tài)，0，正常，其它，錯(cuò)誤

u8 SD_WriteDisk(u8*buf,u32 sector,u8 cnt)

{

u8 sta=SD_OK;

u8 n;

long long lsector=sector;

lsector<<=9;

if((u32)buf%4！=0)

{

for(n=0;n

{

memcpy(SDIO_DATA_BUFFER,buf,512);

sta=SD_WriteBlock(SDIO_DATA_BUFFER,lsector+512*n,512);

buf+=512;

}

}else

{

if(cnt==1)sta=SD_WriteBlock(buf,lsector,512);

else sta=SD_WriteMultiBlocks(buf,lsector,512,cnt);

}

return sta;

}

4 結(jié)束語(yǔ)

本文基于STM32F407型微處理器和OV2640型攝像頭加SD卡的設(shè)計(jì)方案不僅成本低廉，而且功能齊全，整體效果較好，硬件平臺(tái)設(shè)備較為成熟。在軟件方面，程序流程嚴(yán)謹(jǐn)，邏輯嚴(yán)密，而且驅(qū)動(dòng)程序較為完善，各個(gè)模塊之間不存在耦合性，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn) 定、可靠。