本文主要包含以下幾部分內容：
??1. 通過OV7725分析模塊原理圖。
??2. 講解部分寄存器的含義、RGB565格式圖像輸出時序、幀率計算。
??3. 講解SCCB協議與I2C協議的區別。
1、OV7725功能
??OV7725是一款1/4英寸單芯片圖像傳感器，其感光陣列達到640*480，能實現最快 60fps 分辨率的圖像采集。傳感器內部集成了圖像處理功能，包括自動曝光控制（AEC）、自動增益控制（AGC）和自動白平衡（AWB）等。同時傳感器具有較高的感光靈敏度，適合低照度的應用，下圖為OV7725的功能框圖。
??感光陣列（image array）在XCLK時鐘的驅動下進行圖像采樣，輸出640*480陣列的模擬數據；接著模擬信號處理器在時序發生器（video timing generator）的控制下對模擬數據進行算法處理（analog processing）。
??模擬數據處理完成后分成 G（綠色）、 R（紅色）、B（藍色）三路通道經過AD轉換器后轉換成數字信號，并且通過DSP進行相關圖像處理，最終輸出所配置格式的10位視頻數據流，如果需要使用RGB565格式輸出，那么只有高8位的數據有效。
??其中測試模塊(test pattern generator)是用來進行彩條測試之類的，可以通過配置寄存器來啟用這個模式，測試數據通路。
??模擬信號處理以及DSP等都可以通過寄存器（registers）來配置，配置寄存器的接口就是SCCB接口，該接口協議是閹割版的I2C協議。
??下表是OV7725的管腳含義的介紹，沒有列出電源和接地相關引腳。
| 管腳 | I/O | 含義 |
|---|---|---|
| PWDN | I | 掉電模式，0：正常模式，1：掉電模式。 |
| RSTB | I | 系統復位，低電平有效。 |
| VREFH | I | 參考電壓，通過0.1uF電容接地。 |
| VREFN | I | 參考電壓，通過0.1uF電容接地。 |
| FSIN | I | 幀同步輸入。 |
| VSYNC | O | 場同步輸出。 |
| HREF | O | 像素有效指示信號。 |
| XCLK | I | 系統時鐘輸入。 |
| PCLK | O | 像素時鐘輸出。 |
| SCL | I | SCCB接口時鐘輸入。 |
| SDA | I/O | SCCB接口雙向數據線。 |
| D0~D9 | O | 十位像素數據輸出，D[9:2]用于8位YUV或RGB 565/RGB 555格式。 |
??下圖是OV7725模塊的原理圖，其中RESET引腳通過4.3K電阻上拉到VCC，并且通過一個0.1uF電容降低抖動。而PWDN引腳通過4.3K電阻下拉到地。也就是說該模塊沒有掉電模式和復位操作。
??其余的XCLK、PCLK、VSYNC、HREF、D9~D0均引出，XCLK是需要外部提供給OV7725的系統時鐘，該時鐘輸入OV7725之后，可以經過內部鎖相環和寄存器配置生成PCLK，然后像素數據D9~D0在PCLK的下降沿輸出數據，FPGA就可以在PCLK上升沿采集D9~D0的數據。場同步VSYNC的高電平表示傳輸一幀數據，HREF位高電平時表示D9~D0的數據有效。
??而OV7725內部鎖相環的倍頻系數、輸出像素的大小、自動曝光、自動增益等都可以通過SCCB接口進行配置。
??最終多數模塊引出的引腳如下所示，由于大多使用RGB565格式輸出數據，因此像素信號只需要輸出D9~D28位即可。CMOS_CTL這些保留信號暫時不考慮。
2、寄存器
??OV7725內部包含171個寄存器，每個寄存器有8位數據，寄存器的數目還是比較多的。而且很多寄存器與圖像有關，對于我們不是專業研究圖像的人來說，并不能很好的理解這些參數。本文只簡單分析幾個會經常用到的寄存器，如果需要其余寄存器可以通過數據手冊自己查看。
??地址為0x12寄存器，該寄存器的bit7為1時，復位所有寄存器，發出該命令后，需要至少延遲1ms才能配置其余寄存器。
??而bit1~0用于選擇圖像輸出格式，為2’b00時輸出YUV格式，為2’b01時輸出Processed Bayer RAW格式，為2’b10時輸出RGB格式，為2’b11時輸出Bayer RAW格式。
??當輸出RGB格式時，需要通過bit3~2確定具體的RGB格式，2’b00輸出RGB422，2‘b01輸出RGB565，2’b10輸出RGB555，2’b11輸出RGB444格式的圖像數據。
??OV7725的XCLK生成PCLK的頻率公式為：finternal clock = finput clock × PLL multiplier / [(CLKRC[5:0] + 1) × 2]。其中finternal clock為PCLK頻率，finput clock為XCLK的頻率。
??PLL multiplier由地址為0x0D寄存器的bit7和bit6決定。如果為2’b00則PLL multiplier為1，如果為2’b01則PLL multiplier為4，如果為2’b10則PLL multiplier為6，如果為2’b11則PLL multiplier為8。
??CLKRC[5:0]是地址為0x11寄存器的低6位數據，如果輸入XCLK為12MHz，PLL 倍頻設為4倍，CLKRC[5:0]設置為0，則可以得到PCLK為24MHz。
??如何設置輸出圖像尺寸呢？
??首先可以通過地址為0x18的bit7~0和0x32的bit1~0設置輸出圖像數據的水平像素個數。由于OV7725水平像素最大支持640，所以需要10位二進制數據才能表示，一個寄存器只有8位數據，需要兩個寄存器才能存儲10位數據。
??地址為0x1A的bit7~0和0x32的bit2設置輸出圖像數據的垂直像素點個數，OV7725垂直像素最大支持480，需要9位二進制數據才能表示，因此需要兩個寄存器進行存儲。
??其余寄存器還有很多，這里就簡要介紹這幾個重要的，其余的可以通過官方通過的初始化參數進行設置。
3、RGB565格式
??OV7725輸出RGB565格式的圖像數據時序如下圖所示，由于數據線只有8位，而每個像素點包含16位數據，因此需要兩個PCLK時鐘才能輸出1個像素數據。
??第一PCLK時鐘下降沿輸出5位紅色像素和3位綠色像素數據，第二個PCLK時鐘下降沿輸出3位綠色像素和5位藍色像素數據，兩個時鐘傳輸的數據拼接為一個像素點的數據。
??由于OV7725在PCLK下降沿輸出數據，那么FPGA就可以在PCLK的上升沿采集數據線D[9:2]上的數據。
??下圖是VGA輸出640*480像素的時序圖，本次使用的是HREF信號，沒有使用HSYNC信號。注意下圖中tp表示傳輸1個像素數據的時鐘，經過上述分析可知，在傳輸RGB565格式的數據時tp=2*PCLK。
??HREF信號為高電平表示D[9:2]傳輸的數據是有效的，每次連續輸出1行像素數據，因此上圖中HREF信號每次拉高時間為640tp。由于顯示前沿、后沿等東西的存在，每次傳輸完一行圖像數據之后，需要拉低144tp才能在次傳輸下一行圖像數據。因此傳輸一行數據的時間為640tp+144tp=784tp，將傳輸一行數據消耗的時間稱為tLINE，因此tLINE=784tp。
??場同步信號VSYNC拉高表示一幀數據傳輸的開始，因為顯示前沿、后沿這些東西的存在，需要等一段時間HREF才會拉高輸出有效像素數據。傳輸一幀圖像數據需要510tLINE。
因此可以計算出傳輸一幀圖像數據所需要的時鐘個數為510tLINE=510*784tp=510*784*2*tpclk=799680*tpclk。
??當PCLK時鐘頻率為24MHz時，則幀率為24M/799680≈30.012Hz，所以說當PCLK為24MHz時，每秒可以輸出30張圖片。PCLK為48MHz時，可以輸出60幀的圖像數據。
??下圖是時鐘和復位的一些說明，PCLK最小為10MHz，最大為48MHz，即最大支持60幀640*480的圖像輸出。當復位后，需要等待1ms，配置寄存器之后，需要等待10幀數據輸出的時間，輸出的圖像數據才會穩定。
??一般最常用的就是RGB565格式，關于RGB565格式本文就介紹這么多，該接口常被稱為DVP接口，后文直接使用FPGA實現數據采集。
4、SCCB時序
??最后在講解一下SCCB（Serial Camera Control Bus）協議的相關內容，該協議是OmniVision公司參考I2C協議為自家的圖像傳感器提出的接口協議。可以通過百度直接獲取手冊，據說廠家這么做是為了規避 I2C 總線的版權，手冊里關于協議的描述采用三相寫、兩相寫來對讀寫時序進行描述，搞得反而不好理解。
??一般有三線和兩線的兩種連接方式，一般的傳感器為了節省引腳，都將SCCB_E直接拉高處理了，只引出了SIO_C和SIO_D兩個引腳。
??下面是SCCB的寫時序，與I2C的寫時序基本一致，首先發送器件地址，然后發送寄存器地址，最后發送寫入數據，OV7725的器件地址為7’h21。
??需要注意SCCB的應答位為X，表示不應答，含義就是從機可能不會對主機的指令做出應答，但是這段時間主機依舊要釋放總線。即主機不需要檢測從機是否應答，只需要傳輸對應的數據即可。
??因此SCCB的寫時序可以直接使用I2C的寫時序，不用關心輸出的應答信號即可。
??下圖是SCCB的讀時序，區別在于虛寫完成時，由于SCCB沒有重復起始位的功能，必須先發送停止位，之后才能發送起始位進行讀操作。
??因此I2C和SCCB協議有兩個區別，第一SCCB的從機可能不會應答主機，主機也不需要去檢測從機的應答位。第二就是SCCB在讀操作時，發送完虛寫之后，需要發送停止位，才能發送起始位讀出數據。第三SCCB不支持連續地址讀、寫操作。
??對于OV7725來說，一般只會通過寫操作來配置其寄存器，不會使用讀操作。因此在初始化OV7725寄存器時，完全可以使用I2C協議代替SCCB協議，因為不會使用讀操作，所以不需要修改I2C讀時序。
??其余起始位、停止位均與I2C時序一致，可以查看前文I2C協議的詳解。
??最后注意有的原理圖上SDA數據線上可能會串接電阻，這是為了在主機和從機爭奪總線時，減小總線電流。
??如下圖所示，當主機輸出高電平，從機輸出低電平時，電流會從主機的VCC通過電阻直接到從機的GND，如果沒有電阻，由于MOS管導通電阻一般很小，可能導致電流很大，燒毀器件吧。
??下圖是SCCB接口時序，為了了解相關時序參數，需要查看該圖。
??上圖配合下表即可得知OV7725對SCCB協議相關要求，首先得知SCL最大頻率為400KHz，沒有最低頻率的要求。
??由于SCL頻率較低，且數據均在SCL低電平的時候傳輸，所以數據相關的建立時間和保持時間一般是不會出現問題的。
??由于使用FPGA，兩次讀、寫操作的間隔時間可以達到系統時鐘周期的(10ns)級別，所以需要關注一些OV7725對于兩次SCCB操作的間隔時間要求。tBUF在上圖可以看出是停止位和起始位之間的間隔，下表規定該時間必須大于1.3us。
??前文寫I2C時序代碼時，起始位和停止位間隔時間大致是半個SCL周期，如果SCL為200KHz，那么半個SCL周期時間為2.5us，大于1.3us，不需要額外增加延時，當模塊空閑即可開始下一次讀寫操作。
??如果SCL頻率為400KHz，半個SCL周期時間為1.25us，小于1.3us，可能需要增加額外延時。此處是針對我前文寫的I2C模塊進行分析的，如果不使用該模塊可以忽略。
??本文相關內容到此結束了，需要SCCB手冊或者OV7725手冊的在后臺恢復“OV7725手冊“（不包括引號）即可。建議看I2C手冊，描述比SCCB簡單多了，SCCB手冊繞了一大圈，還是講的相同問題。
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 GPIO(2）輸出)
