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用于STM32 MCU的数字照相机接口(DCMI)1
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引言随着市场对更高图像质量的需求不断增加,成像技术持续发展,各种技术(例如,3D、计算、运动和红外线)不断涌现。如今的成像应用对高质量、易用性、功率效率、高度集
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2018年9月 DocID030399 Rev 1 [English Rev 1] 1/85
2
AN5020
应用笔记
用于STM32 MCU的数字照相机接口(DCMI)
引言
随着市场对更高图像质量的需求不断增加,成像技术持续发展,各种技术(例如,3D、计
算、运动和红外线)不断涌现。
如今的成像应用对高质量、易用性、功率效率、高度集成、快速上市和成本效益提出了全面
要求。
为了满足这些要求,STM32 MCU内置数字照相机接口(DCMI),能够连接高效的并行照相机
模块。
此外,STM32 MCU还提供许多性能等级(CPU、MCU子系统、DSP和FPU)。它们还提供
各种功耗模式、丰富的外设和接口组合(SPI、UART、I2C、SDIO、USB、ETHERNET、
I2S...)、丰富的图形产品组合(LTDC、QSPI、DMA2D...)和业界领先的开发环境,为复杂
应用和连接解决方案(IOT)提供保障。
本应用笔记将向STM32用户介绍一系列基本概念,并为DCMI的功能、架构和配置提供通俗
易懂的说明。此外,还提供了各种具体示例作为支持。
参考文档
本应用笔记应与STM32F2、STM32F4、STM32F7系列和STM32L4x6、STM32H7x3系列的参考手
册一起阅读使用:
• STM32F205xx
、
STM32F207xx
、
STM32F215xx
和
STM32F217xx
基于
32
位
MCU
(
RM0033
)
的高级
ARM
®
• STM32F405/415
、
STM32F407/417
、
STM32F427/437
和
STM32F429/439
基于
32
位
MCU
(
RM0090
)的高级
ARM
®
• STM32F446xx
基于
32
位
MCU
(
RM0390
)的高级
ARM
®
• STM32F469xx
和
STM32F479xx
基于
32
位
MCU(RM0386)
的高级
ARM
®
• STM32F75xxx
和
STM32F74xxx
基于
32
位
MCU
(
RM0385
)的高级
ARM
®
•
STM32F76xxx
和
STM32F77xxx
基于
32
位
MCU
(
RM0410
)的高级
ARM
®
• STM32L4x5
和
STM32L4x6基于32位MCU(RM0351)
的高级
ARM
®
•
STM32H7x3
基于
32
位
MCU
(
RM0433
)的高级
ARM
®
www.st.com
AN5020
2/85 DocID030399 Rev 1 [English Rev 1]
表1. 适用产品
类型 STM32系列
STM32F2系列
STM32F2x7
STM32F4系列 STM32F407/417、STM32F427/437、STM32F429/439、STM32F446、STM32F469/479
STM32F7系列 STM32F7x5、STM32F7x6、STM32F7x7、STM32F7x8、STM32F7x9
STM32L4系列
STM32L4x6
STM32H7系列
STM32H7x3
DocID030399 Rev 1 [English Rev 1] 3/85
AN5020 目录
5
目录
1 概述:照相机模块和基本概念 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.1 成像的基本概念 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.2 照相机模块 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.2.1 照相机模块的组件 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.2.2 照相机模块互联(并行接口) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2STM32数字照相机接口(DCMI)总览 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.1 数字摄像头接口 (DCMI) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.2 不同STM32 MCU的DCMI可用性和特性 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.3 智能架构中的DCMI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.3.1 STM32F2x7系列的系统架构 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.3.2 STM32F407/417、STM32F427/437、
STM32F429/439、STM32F446和STM32F469/479系列的系统架构 . . . 15
2.3.3 STM32F7x5、STM32F7x6、STM32F7x7、
STM32F7x8和STM32F7x9系列的系统架构 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.3.4 STM32L496 xx和STM32L4A6xx器件的系统架构 . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.3.5 STM32H7x3系列的系统架构 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.4 具有DCMI和/或照相机模块的参考板 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
3 DCMI 描述 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3.1 硬件接口 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3.2 照相机模块和DCMI的互联 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.3 DCMI 功能说明 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.4 数据同步 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.4.1 硬件(或外部)同步 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.4.2 内嵌码(或内部)同步 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.5 捕获模式 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3.5.1 快照模式 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.5.2 连续采集模式 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.6 数据格式和存储 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.6.1 单色 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.6.2 RGB565 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.6.3 YCbCr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.6.4 YCbCr,仅Y分量 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
目录 AN5020
4/85 DocID030399 Rev 1 [English Rev 1]
3.6.5 JPEG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.7 其他功能 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.7.1 裁剪功能 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.7.2 图像大小调整(分辨率修改) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.8 DCMI 中断 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.9 低功耗模式 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
4 DCMI 配置 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
4.1 GPIO配置 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
4.2 时钟和定时配置 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
4.2.1 系统时钟配置(HCLK) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
4.2.2 DCMI时钟和定时配置(DCMI_PIXCLK) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
4.3 DCMI 配置 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
4.3.1 捕获模式 (Capture mode) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
4.3.2 数据格式 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
4.3.3 图像分辨率和大小 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
4.4 DMA 配置 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
4.4.1 用于DCMI至存储器传输的DMA常用配置 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
4.4.2 根据图像大小和捕获模式设置DMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
4.4.3 DCMI通道和流的配置 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
4.4.4 DMA_SxNDTR 寄存器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
4.4.5 FIFO和批量传输的配置 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
4.4.6 快照捕获中用于低分辨率的正常模式 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
4.4.7 连续捕获中用于低分辨率的循环模式 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
4.4.8 用于中等分辨率的双缓冲区模式(快照或连续捕获) . . . . . . . . . . . . . . 47
4.4.9 用于更高分辨率的DMA配置 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
4.5 相机模块配置 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
5 功耗和性能考虑 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
5.1 功耗 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
5.2 性能考虑 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
6 DCMI应用示例 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
6.1 DCMI应用场景示例 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
6.2 STM32Cube固件示例 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
6.3 基于STM32CubeMX的DCMI示例 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
DocID030399 Rev 1 [English Rev 1] 5/85
AN5020 目录
5
6.3.1 硬件说明 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
6.3.2 常用配置示例 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
6.3.3 RGB数据的捕获和显示 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
6.3.4 YCbCr数据的捕获 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
6.3.5 仅Y分量数据的捕获 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
6.3.6 SxGA分辨率的捕获(YCbCr数据格式) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
6.3.7 JPEG格式的捕获 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
7 支持的设备 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
8 结论 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
9 版本历史 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
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