SCCB通信规范 - 基于CMOS图像传感器OV7720的网络摄像机设计

2.2 SCCB通信规范

　　SCCB(Serial Camera Control Bus)是OminiVision公司定义的主从模式串行通信协议，用于控制该公司图像传感器系列芯片的内部寄存器。该协议有通信使能信号SIO_E、时钟信号SIO_C和数据信号SIO_D，在简化引脚的封装中不再提供SIO_E引脚，协议也变成了两线串行通信。协议支持的最高串行通信速率是400 Kb/s，规定图像传感器在通信中只能作为SLAVE工作。一SCCBMASTER可以控制1～8个SLAVE工作，由不同的ID来识别，在只有一个SLAVE时固定SLAVE的ID为42H(写)和43H(读)。该协议符合网络摄像机CPU的I2C口时序子集，设计中OV529作为SCCB的MASTER，并且只带1个SLAVE OV7720。协议要求数据线必须在时钟信号高电平期间稳定，在低电平时更新。协议支持3字节写、2字节写和2字节读三种传输模式。传输数据时每个字节包括9位串行数据位，除了8位数据，还有第9位不相关位或NA位，用在有多个SLAVE的系统来标识通信是否完成。SLAVE可以用两种方式应答该位，一种是正在被写的SLAVE在收到数据后驱动该位为0表示成功;另一种是SLAVE不应答该位，这种情况下所有SLAVE的第9位保持悬空。在3字节写周期MASTER必须提供子地址，即芯片中寄存器的地址，第3字节为所写数据。读周期不提供子地址，但必须由MASTER把数据后的NA位(第9位)驱动为高电平。所以在每个读周期前必须有3字节或2字节写操作，使SLAVE获得寄存器地址，其中的2字节写周期并没有写数据，它的用途是在读操作前提供给SLAVE子地址。

　　3 硬件系统实现

　　3.1 微控制器模块

　　微控制器模块是该系统的核心部件，采用Atmel公司的ARM7芯片AT91SAM7X256作为系统的主控芯片。它是一款Atmel 32位ARM RISC处理器小引脚数FLASH微处理器，主频为55 MHz，处理速度快，功能强，性价比高，能很好地满足嵌入式Linux系统的需求。它在系统中的主要作用是在系统上电时配置其他芯片的功能寄存器，在正常工作状态下调度整个系统工作，通过片内以太网控制器控制物理层芯片发送码流，并通过片内的SPI总线实现对外围DATAFLASH和SDRAM的控制。

　　3.2 网络模块

　　AT91SAM7X256的在片以太网卡端口与网络物理层芯片DM9161E的MII接口通信。发送数据时首先置发送使能信号ETXEN有效。数据发送端ETX0～ETX1与DM9161E的ETX0～ETX1引脚对应连接，作为数据发送通道，以DM9161E的时钟信号REF_CLK发送数据。数据接收端ERX0～ERX1与DM9161E的RXD0～RXD1引脚对应连接，作为数据接收通道。管理时钟信号EMDC和管理数据输入/输出信号EMDIO用于芯片控制参数的写入和读取。DM9161E的MDINTR端用来产生中断信号。片内以太网卡通过DMA通道进行数据发送，不影响AT91SAM7X256的正常运行。首先正确设置传送控制寄存器和传送地址寄存器的传送数据块字节数、数据块存储首地址等参数，随后依次从指定数据存储区地址读取数据，送入内部发送缓冲器中，由MAC对数据进行封装发送，同时记录已传送字节数，直到数据块发送完毕。当发送完一组数据后，发出DMA中断请求，由AT91SAM-7X256进行相应的处理。整个网络子系统电路由AT91SAM7X256控制和调度。

　　3.3 相机控制模块

　　相机控制模块包括图像采集传感器OV7720和相机控制芯片OV529。OV7720内含A/D转换和DSP，能够直接将图像信号数字化，并通过相机接口向OV529直接输出并行的数字化图像信号。

　　OV529自带的MCU进行各种控制，它通过串行相机控制总线(SCCB)与OV7720交互控制信息实现对图像传感器的控制和数据采集。OV529包含一个压缩引擎，对从OV7720采集的图像信息帧进行压缩，压缩后的信号经OV529的串行通信传给主控芯片AT91SAM7X512，再经AT91SAM7X512上的MAC层处理，通过网络接口将视频流发送到网络上。

　　4 软件设计

　　嵌入式Linux系统由4个部分组成：引导内核启动的文件bootloader，Linux内核文件kernel，虚拟磁盘文件ramdisk和用户空间文件use-r。它们分别被放在DATAFLASH内的4个分区模块中。根据不同模块的具体功能采用不同的文件系统：bootloader，kernel，ramdisk。移植完成后不需要动态改变，使用较节省空间的ROMFS只读文件系统。user模块内放置一些可以动态更新的配置文件等。需要进行较多次的读/写操作，所以使用支持动态擦写保存的JFFS2文件系统。

　　4.1 CGI控制程序设计

　　应用程序接口(Common Gateway Interface，CGI)，提供Web Server执行外部程序的通道，CGI程序编译成可执行文件，放在服务器端运行，服务器根据用户的请求调用相应的CGI程序，并将CGI程序得到的动态信息封装到页面中，发送到用户浏览器上。该系统CGI的工作过程是在PC机端的IE浏览器中输入网络摄像机IP地址，嵌入式网络服务器根据要求，将相应的控制页面反馈给IE浏览器，用户填写表单，然后提交，CGI程序提取信息，并根据得到的信息作相应的处理，如调节相机的转向、焦距等。CGI模块的设计主要包括三部分：嵌入式Web服务器的配置、HTML页面的编写、CGI程序的设计。嵌入式Web服务器采用的是Apache，其配置是以配置文件的形式提供，放在Ramdisk中，其配置主要涉及配置根文件路径、配置CGI外部程序所放的路径和配置环境变量三个方面。网页编写采用HTML与SHTML相结合的方式。HTML的解析速度较快，SHTML可以在普通网页中嵌入外部CGI程序，通过这种方式将系统的默认配置反馈给客服端。CGI程序采用的是C语言和Shell脚本相结合的方式，具体编写过程与Linux下编程相同。

　　4.2 解码程序

　　该部分已成功做成Toolbox插件，该插件只要在PC机上注册安装后，就可方便地被网页调用，从而实现在PC机上实时观看视频。安装后的实图如图2所示。

　　

 

　　5 结语

　　本文利用CMOS图像传感器设计了一款嵌入式网络摄像机。经测试，系统稳定、可靠、实时性好，图像清晰度明显好于同价位的产品，完全可满足目前网络摄像头市场对中、低端产品的要求，具有良好的市场前景。