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基于Quick Capture技術的攝像頭驅動方案
摘要：介紹一種高速高質量的嵌入式攝像頭傳輸技術——Quick Capture技術；詳細敘述其設計思想和工作流程，并用可編程邏輯器件Bulverde板卡予以實現(xiàn)。隨著嵌入式處理器的普及和硬件成本的不斷降低，具有拍照和攝像功能的手機逐步走進了人們的生活。但由于嵌入式處理器的速度有限，在處理圖形和多媒體數(shù)據(jù)方面顯得力不從心，導致嵌入式系統(tǒng)的攝像頭分辨率低、色深低、數(shù)據(jù)傳送速度慢，無法滿足人們即時捕捉高質量圖片和視頻的需求。Quick Capture技術是一種專為手持設備設計，用來改進圖像質量和傳輸速度的技術。本文基于Quick Capture技術，就攝像頭驅動程序和圖片信息傳輸問題，提供一種解決方案。
1 硬件介紹
本人選擇的嵌入式微處理器是2003年底Intel公司剛剛推出的一款專門面向移動電話和掌上電腦的專用處理器，PXA27x系列，代號為Bulverde。該處理器采用了Quick Capture技術。Quick Capture為成像設備與無線設備提供接口，有助于改進圖像質量以及降低產(chǎn)品整體成本。該項技術包括快速瀏覽、快速拍照和快速視頻拍攝三種操作模式。該技術使得Bulverde可以支持400萬像素數(shù)碼鏡頭，并能提供最大416Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率。
集成在該開發(fā)板上的是Agilent公司的型號為ADCM-2650-0001的攝像頭感應器。在VGA（480×640）分辨率下，每秒傳輸?shù)膱D片能達到15幀，具備自動曝光和白平衡功能，并且針對嵌入式應用做了很多優(yōu)化處理，所以非常適合嵌入式領域的應用。ADCM-2650-0001內(nèi)含3個獨立的FIFO條目，存儲從感應器捕捉到的視頻或者圖片數(shù)據(jù)信息。連接處理器和攝像頭感應器的是Quick Capture Interface(快速捕捉接口)，它提供了以下幾種類型的寄存器：
①Q(mào)CI（Quick Capture Interface）控制寄存器0～4；
②QCI時間間隔寄存器；
③QCI狀態(tài)寄存器；
④QCI FIFO控制寄存器；
⑤QCI接收緩沖區(qū)寄存器。
通過這些寄存器，可以控制整個處理器與感應器之間的工作流程。
攝像頭感應器與Intel XScale處理器之間的連接，如圖1所示。
2 接口的實現(xiàn)
本人采用的是ElaME1.0(“和欣”手機操作系統(tǒng))作為嵌入式操作系統(tǒng)。這是一款由我國自主開發(fā)的智能手機操作系統(tǒng)，基于微內(nèi)核，具有多進程、多線程、搶占式、基于線程的多優(yōu)先級任務調(diào)度等特性。和欣操作系統(tǒng)體積小，速度快，適合網(wǎng)絡時代的絕大部分嵌入式信息設備；除了支持攝像頭感應器外，還支持彩色LCD、觸摸屏、USB等多種嵌入式設備。
2.1 ElaME下的攝像頭驅動模型
ElaME的驅動模塊如圖2所示。
ElaME的驅動模型與Unix、Windows操作系統(tǒng)的不一樣。它把驅動程序構件化了，使得驅動程序具備了構件的靈活等多種特性。例如：當操作系統(tǒng)啟動時并不用加載所有的驅動程序，而是當用戶需要用到該設備時才加載。這樣的設計使得在手機硬件資源比較緊張的環(huán)境中比傳統(tǒng)的嵌入式操作性系統(tǒng)具有更強的競爭力。設備管理器（device manager）是一個內(nèi)核對象，管理系統(tǒng)中所有的設備與驅動對象，負責設備信息的搜集、驅動構件對象的創(chuàng)建和刪除、設備硬件資源的沖突檢測等。
攝像頭感應器驅動就是一個構件對象，它的主要工作有以下幾點：
①負責通過I2C總線查詢攝像頭感應器信息，調(diào)節(jié)攝像頭感應器的設置；
②建立和控制DMA傳輸通道，通過DMA方式將3個FIFO里的數(shù)據(jù)信息傳送到的內(nèi)存中；
③提供可以給用戶態(tài)程序使用的接口。
2．2 攝像頭感應器驅動的關鍵技術實現(xiàn)
下面從驅動設計上，具體說明如何基于Quick Capture技術，通過DMA方式在感應器的FIFO與內(nèi)存之間建立最快速最高質量的數(shù)據(jù)傳送。
在PXA27x型號的處理器中，有兩種內(nèi)部外圍器件：外部總線的外圍器件（PBP）和內(nèi)部總線的外圍器件（IBP）�？焖俨蹲浇涌冢≦uick Capture Interface）屬于IBP。內(nèi)部總線的外圍器件通過外圍總線連接至DMAC，使用流數(shù)據(jù)傳送。DMAC有兩種工作方式：描述器取入方式和非描述器取入方式。因為當前手機上捕捉到的圖片大小分別是從QQVGA（160×120）、QCIF（176×144）、QVGA（320×240）、VGA（480×640）不等，最小QQVGA的每張圖片大小也有37.5KB，而每個描述器一次最大能傳送（8K-1）B，所以選擇多描述器鏈的方式。描述器鏈就是將該描述器的特定寄存器內(nèi)存放的是下一個描述器的地址，當該描述器傳送完自身的數(shù)據(jù)后，能獲得下一描述器的地址，讀取描述器內(nèi)的信息，然后繼續(xù)下一輪的數(shù)據(jù)傳送。每個FIFO都有自己的一串描述器鏈。如果是捕捉圖片，采用一個FIFO即可，如果捕捉視頻，要用到三個FIFO。
以下是建立多描述器鏈的步驟。
①根據(jù)圖片的格式來確定每幀的大小，如為RGB565格式。
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