本文主要是STM32开发——OV7725带FIFO模块 OV7725的相关笔记，若笔记中有错误或者不合适的地方，欢迎批评指正😃。

点击查看使用工具及版本

Windows	windows11
Ubuntu	Ubuntu16.04的64位版本
VMware® Workstation 16 Pro	16.2.3 build-19376536
SecureCRT	Version 8.7.2 (x64 build 2214) - 正式版-2020年5月14日
开发板	正点原子 i.MX6ULL Linux阿尔法开发板
uboot	NXP官方提供的uboot，NXP提供的版本为uboot-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga(使用的uboot版本为U-Boot 2016.03)
linux内核	linux-4.15(NXP官方提供)
STM32开发板	正点原子战舰V3(STM32F103ZET6)

点击查看本文参考资料

• 通用

分类	网址	说明
官方网站	https://www.arm.com/	ARM官方网站，在这里我们可以找到Cotex-Mx以及ARMVx的一些文档
	https://www.st.com/content/st_com/zh.html	ST官方网站，在这里我们可以找到STM32的相关文档
	https://www.stmcu.com.cn/	意法半导体ST中文官方网站，在这里我们可以找到STM32的相关中文参考文档
	http://elm-chan.org/fsw/ff/00index_e.html	FatFs文件系统官网
教程书籍	《ARM Cortex-M3权威指南》	ARM公司专家Joseph Yiu（姚文祥）的力作，中文翻译是NXP的宋岩
	《ARM Cortex-M0权威指南》
	《ARM Cortex-M3与Cortex-M4权威指南》
开发论坛	http://47.111.11.73/forum.php	开源电子网，正点原子的资料下载及问题讨论论坛
	https://www.firebbs.cn/forum.php	国内Kinetis开发板-野火/秉火（刘火良）主持的论坛，现也做STM32和i.MX RT
	https://www.amobbs.com/index.php	阿莫（莫进明）主持的论坛，号称国内最早最火的电子论坛，以交流Atmel AVR系列单片机起家，现已拓展到嵌入式全平台，其STM32系列帖子有70W+。
	http://download.100ask.net/index.html	韦东山嵌入式资料中心，有些STM32和linux的相关资料也可以来这里找。
博客参考	http://www.openedv.com/	开源网-原子哥个人博客
	http://blog.chinaaet.com/jihceng0622	博主是原Freescale现NXP的现场应用工程师
	cortex-m-resources	这其实并不算是一个博客，这是ARM公司专家Joseph Yiu收集整理的所有对开发者有用的官方Cortex-M资料链接（也包含极少数外部资源链接）

点击查看相关文件下载

分类	网址	说明
STM32相关	STM32F103xx英文数据手册	STM32F103xC/D/E系列的英文数据手册
	STM32F103xx中文数据手册	STM32F103xC/D/E系列的中文数据手册
	STM32F10xxx英文参考手册（RM0008）	STM32F10xxx系列的英文参考手册
	STM32F10xxx中文参考手册（RM0008）	STM32F10xxx系列的中文参考手册
	Arm Cortex-M3 处理器技术参考手册-英文版	Cortex-M3技术参考手册-英文版
	STM32F10xxx Cortex-M3编程手册-英文版(PM0056)	STM32F10xxx/20xxx/21xxx/L1xxxx系列Cortex-M3编程手册-英文版
	STM32 HAL库开发实战	野火STM32开发教程在线文档——基于F103系列开发板
	STM32库开发实战指南	野火STM32开发教程在线文档——基于野火霸道开发板
SD卡相关	SD卡相关资料——最新版本	有关SD卡的一些资料可以从这里下载
	SD卡相关资料——历史版本	有关SD卡的一些历史版本资料可以从这里下载，比如后边看的SD卡2.0协议
	SD 2.0 协议标准完整版	这是一篇关于SD卡2.0协议的中文文档，还是比较有参考价值的，可以一看
ESP32	SD卡相关资料——最新版本	这个⼿册介绍了 ESP8266EX 的产品参数。
	ESP8266 系列入门教程	一个入门手册(安信可官网)
	ESP8266 AT 指令集	这是一篇关于ESSP8266的AT指令集的文档(安信可官网)
	ESP8266 AT 指令使用实例	这是一篇关于ESSP8266的AT指令集使用实例的文档(安信可官网)
	ESP-AT 用户指南	本指南详细介绍 ESP-AT 是什么、如何连接硬件、以及如何下载和烧录 AT 固件(乐鑫官网)
	乐鑫官方技术文档	这里是乐鑫官方技术文档的入口，文档都可以来这里找(乐鑫官网)

一、OV7725简介

1. CCD Sensor与CMOS Sensor

目前市场上采用的图像传感器(Sensor)主要有CCD与CMOS这两种。CCD Sensor的技术比较成熟，一致性较好，色彩还原逼真，在尺寸方面也有一定的优势，但是其工艺复杂、成本高、功耗大，像素提高难度大，技术遇到瓶颈。而CMOS Sensor制造工艺简单，成本相对较低，功耗小，开发简便，在现阶段有较大的发展空间。相关参数的对比如表所示。

CCD Sensor的优势在于分辨率高、动态范围大、成像效果好，但会受到价格和耗电的限制。专业级别的相机及成本不敏感的领域基本都采用大面积的CCD Sensor来获得更好的色彩还原。而CMOS Sensor有动态范围低、噪声大等缺陷，但其优势在于便宜、省电。正是由于CMOs Sensor成本低、开发容易，同时近几年在技术上不断地突破，性能不断提升，通过一定的数字图像处理能够改善其成像的质量，所以在手机、笔记本等移动终端设备中一般都采用CMOS Sensor。

2. CMOS Sensor

目前市场上的摄像头产品大多采用CMOS传感器，主流的有Sony(日本索尼公司)、Panasonic(日本松下公司)、OmniVison(豪威公司)、Onse (Micron公司被Aptina公司收购后又被ONSE公司收购，目前在安森美公司旗下)、Smartsens(思特微公司)、GalaxyCore(格科微公司)等。

3. OV7725

OV7725是OmniVision（豪威科技）公司生产的一颗CMOS图像传感器，该传感器功耗低、可靠性高以及采集速率快，主要应用在玩具、安防监控、电脑多媒体等领域。

二、寄存器配置

在 OV7725 图像传感器的初始化阶段， 主机 MCU 需要使用 SCCB 协议配置 OV7725 中大量的寄存器， 有关 OV7725 寄存器的介绍，可以参考《OV7725_datasheet.pdf》和《OV7725 Software Application Note.pdf》。

三、输出时序

1. 一些定义

• VGA，即分辨率为 640*480 的输出格式
• QVGA，即分辨率为 320*240 的输出格式
• QQVGA， 即分辨率为 160*120 的输出格式
• PCLK， 即像素时钟，一个 PCLK 时钟， 输出一个像素（或一个 16 位像素数据的高/低 8 位数据）
• VSYNC， 即场同步信号，也叫帧信号，由摄像头输出，用于标志一帧图像数据的开始与结束。
• HREF/HSYNC， 即行同步信号

2. RGB565格式下的输出时序

OV7725 图像传感器的 RGB565 输出时序图，如下图所示：

从上图可以看出， OV7725 图像传感器的图像数据从 D[9:2]输出， 并且由于 RGB565 的图像格式中，一个像素占用 2 个字节，因此一个像素的数据被拆分为两个 8 位数据从 D[9:2]输出（上图中的 first byte 和 second byte）。

从时序上看， HREF 变为高电平后， OV7725 图像传感器开始输出一行数据（ row data），1 个 PCLK 时钟传输 1 个字节的像素数据，当传输完最后一个字节数据（ last byte）后， HREF变为低电平。

3. VGA格式

我们以 VGA 模式为例子，即 OV7725 输出的图像分辨率为 640*480，下面分析一下时序图：

VSYNC：场同步信号，也叫帧信号，由摄像头输出，用于标志一帧图像数据的开始与结束。上图中 VSYNC 的高电平作为一帧的同步信号，在低电平时输出的数据有效。场同步的极性可以通过寄存器 0x15 去设置的。

HREF/HSYNC：行同步信号，由摄像头输出，用来标志一行数据的开始与结束。上图中的HREF 和 HSYNC 是由同一引脚输出的，只是数据的同步方式不一样。 HREF 上升沿就马上输出图像数据，而 HSYNC 会等待一段时间再输出图像数据，如果行中断里需要处理事情再开始采集，显然用 HREF 上升沿是不容易采集到第一个像素数据的。而我们本实验使用的是 HREF 格式输出，当 HREF 为高电平时， 图像数据马上输出并有效。该引脚的极性也是可以通过寄存器0x15 进行设置。

D[9:0]：数据信号，由摄像头输出，在 RGB 格式输出中，只用到 8 个数据引脚，即高 8 位D[9:2]是有效的。

tPCLK：一个像素时钟周期。

tp：单个数据周期，这里我们需要注意上图中左下角的 Note1 和 2 描述，在 RGB 模式中，tp 代表两个 tPCLK(像素时钟)。以 RGB565 数据格式为例， RGB565 采用 16bit 数据表示一个像素点，而 OV7725 在一个像素周期(tPCLK)内只能传输 8bit 数据，因此需要两个时钟周期才能输出一个 RGB565 数据。

tLine：摄像头输出一行数据的时间，共 784 个 tp，包含 640tp 个高电平和 144tp 个低电平，其中， 640tp 为有效像素数据输出的时间。以RGB565 数据格式为例， 640tp 实际上就是640*2=1280 个 tPCLK。

由上图可知， VSYNC 的上升沿作为一帧的开始，高电平同步脉冲时间为 4*tLine，紧接着等待 18*tLine 时间后， HREF 开始拉高，此时 OV7725 输出一行有效图像数据，这里是一行数据即 640 个像素点（VGA 模式）； HREF 由 640tp 个高电平和 144tp 个低电平构成；输出480 行数据之后等待 8*tLine 时间会产生一个 VSYNC 上升沿标志一帧数据传输结束。所以输出一帧图像的时间实际上是 tFrame = (4 + 18 + 480 + 8) * tLine = 510 tLine。

利用以上的公式，结合摄像头的输出时钟 fPCLK 得到 tPCLK，便可算出摄像头输出帧率：摄像头输出帧率： 1s / tFrame = 1s / (510 * 784 * 2 tPCLK)

OV7725 模块的输入时钟为 12MHz，通过 OV7725 初始化的配置（主要查看 0x0D 和 0x11寄存器），输出时钟为 24MHz（周期为 42ns），所以代入以上公式，帧率达到 30Hz。 这里要跟LCD 的刷新率进行区分， 由于我们本实验用到的是带 FIFO 的 OV7725 模块， MCU 不是直接去接收传感器输出的图像数据，而是通过从 FIFO 里进行获得，所以说这个刷新率是比摄像头的输出帧率要低很多。

4. 图像数据存储和读取说明

4.1 FIFO

由于 OV7725 的像素时钟（PCLK）最高可达 24Mhz，我们用 STM32F103 的 IO 口直接抓取， 会十分消耗 CPU（可以通过降低 PCLK 输出频率，来实现 IO 口抓取，但是不推荐）。所以，我们并不是采取直接抓取 OV7725 输出的图像数据，而是通过 FIFO 读取。 正点原子 OV7725摄像头模块自带了一个 FIFO 芯片，用于暂存图像数据，有了这个芯片，我们就可以很方便的获取图像数据了，而不再要求单片机具有高速 IO，也不会耗费多少 CPU，可以说，只要是个单片机，都可以通过正点原子 OV7725 摄像头模块实现拍照的功能。

FIFO 芯片， 型号是 AL422B，本质是一种 RAM 存储器，容量为 393216 字节，不足以存放一帧 VGA 分辨率 RGB 格式的图像数据（640*480*2），但是能存放 2 帧 QVGA 分辨率 RGB 格式的图像数据（320*240*2）。由于 AL422B 写操作相关引脚和读操作相关引脚都是独立开来的，其引脚图如图下所示，所以支持同时写入和读出数据。

• 写操作相关引脚： WCK、 WRST、 DI7~0、 WE

• 读操作相关引脚： RCK、 RRST、 DO7~0、 RE、 OE

4.2 写 FIFO 时序图

上图中 WCK 是写 FIFO 时钟，它与 OV_PCLK 相连，也就是 OV7725 的 PCLK 时钟信号直接提供写 FIFO 时钟。 WRST 是 FIFO 写指针复位引脚，由 MCU 控制，低电平时，写指针会复位到 FIFO 的 0 地址处。 WE 是 FIFO 写使能引脚即 FIFO_WE，低电平时， FIFO 允许写入，但该引脚的电平是通过一个与非门进行决定， 详看模块原理图中的 SN74LVC1G00部分(FIFO_WEN 和 OV_HREF 都为高电平， FIFO_WE 才为低电平)， 具体使用：当 OV_HREF为高电平就是一行图像数据到来，而 FIFO_WEN 引脚是引出来的，所以我们只需要在此刻拉高FIFO_WEN 引脚， WE 引脚就输出低电平，允许图像数据写入到 FIFO。 而 DI7~0 是直接与OV7725 传感器的数据引脚 D2~D9 相连。

总的来说，写 FIFO 时序就是： OV7725 输出有效的行图像数据时（HREF 高电平），我们需要保持写使能引脚为低电平（FIFO_WEN 拉高）。在复位写指针（拉低后又重新拉高） 后， 需要一定的复位周期，然后才开始往 FIFO 的 0 地址处写数据，且数据会按地址递增方式存入 FIFO。通常，我们会根据帧同步信号进而以上操作，这个存储图像数据的工程为：

（1）等待OV7725帧同步信号；

（2）FIFO写指针复位；

（3）FIFO写使能；

（4）等待第二个OV7725帧同步信号；

（5）FIFO写禁止。

通过以上5个步骤，我们就可以完成1帧图像数据在AL422B的存储。注意： FIFO写禁止操作不是必须的，只有当我们想将一帧图片数据存储在FIFO，并在外部MCU读取完这帧图片数据之前，不再采集新的图片数据的时候，才需要进行FIFO写禁止。

4.3 读 FIFO时序图

上图中的RCK是读FIFO时钟，由MCU控制； RRST是FIFO读指针复位引脚， 由MCU控制，低电平时，读指针会复位到FIFO的0地址处； RE是读使能引脚，硬件设计直接接地； OE是输出使能，由MCU控制，要保持低电平才能使能FIFO数据输出； DO7~0是数据引脚，获取图像数据。在存储完一帧图像以后，我们就可以开始读取图像数据了。读取过程如下：

（1）FIFO读指针复位（RRST）；

（2）给FIFO读时钟（FIFO_RCLK）；

（3）读取第一个像素高字节（D[7:0]）；

（4）给FIFO读时钟（FIFO_RCLK）；

（5）读取第一个像素低字节（D[7:0]）；

（6）给FIFO读时钟（FIFO_RCLK）；

（7）读取第二个像素高字节（D[7:0]）；

（8）循环读取剩余像素；

（9）结束。

可以看出，摄像头模块数据的读取也是十分简单，比如 QVGA 模式， RGB565 格式，我们总共循环读取 320*240*2 次，就可以读取 1 帧图像数据，把这些数据写入 LCD 模块，我们就可以看到摄像头捕捉到的画面了。

注意： 如果摄像头要使用 VGA 模式输出，由于 FIFO 是没办法缓存一帧的 VGA 图像，就需要在 FIFO 写满之前开始读 FIFO 数据， 否则数据可能被覆盖。 OV7725 还可以对输出图像进行各种设置，数据手册和应用笔记可以看《 OV7725_datasheet.pdf》和《OV7725 Software Application Note.pdf》。对 AL422B 的操作时序，可以参考 AL422B 的数据手册。