OV7725的寄存器
发布时间：2019-01-24 10:50:13
首先介绍一下OV7725的寄存器。OV7725总共有172个寄存器，作为CMOS Sensor的工作模式的配置。而这172个寄存器，有些只读，有些则同时支持读写功能。在传感器正常工作工作前，必须进行寄存器的初始化，不然无法得到预期，更得不到较好画质的图像。而这172个寄存器，就是我们需要通过SCCB总线接口进行配置的目标。在实现SCCB总线协议的基础上，实现寄存器的配置，以保证预期模式图像的输出。当然这172个寄存器也并非都需要配置，很多寄存器都可以采用默认的值。
关于寄存器的配置，OmniVision给出了有关于OV7725模式配置的官方手册——《OV7725 Camera Module Software Application Notes》。手册包括了时钟、阵列的配置，夜间模式的配置，白平衡的配置等。相关模式的配置可以参照此手册，以保证初始化的正确。
由于OV7725寄存器的数据之多，同时每一个寄存器都包括了多个参数的设定，笔者无法一一进行介绍。笔者在此主要介绍跟视频图像流、采样画质、输出格式等比较重要的几个寄存器，如下表所示：
地址
寄存器
默认值
描述
0A
PID
77
传感器唯一ID地址高8位（只读）
0B
VER
21
传感器唯一ID地址低8位（只读)
1C
MIDH
7F
制造商唯一ID地址高8位（只读）
1D
MIDL
A2
制造商唯一ID地址低8位（只读）
11
CLKRC
00
Bit[6]
选择是否使用内部PLL
Bit[5:0]
选择使用内部PLL进行时钟配置
finternal clock = finput clock * PLL multiplier/[(Bit[5:0] + 1)*2]
0D
COM4
41
Bit[7:0]
00：旁路PLL；01：PLL 4x；02：PLL 8x；03：PLL 16x
15
COM10
00
Bit[7]
反转输出图像数据
Bit[6]
切换HREF与HSYNC信号
Bit[5]
0：PCLK时钟有效；1：行空白时PCLK无效
Bit[4]
翻转PCLK信号
Bit[3]
翻转HREF信号
Bit[1]
翻转VSYNC信号（默认高电平同步，低电平有效）
Bit[0]
0：10Bit图像数据输出；1：高8Bit图像数据输出
12
COM7
00
Bit[7]
0：保持不变；1：复位所有的寄存器
Bit[6]
0：VGA分辨率输出；1：QVGA分辨率输出
Bit[5]
是否输出BT656协议（逐行）
Bit[4]
输出RAW RGB原始数据格式
Bit[3:2]
00：GBR422；01：RGB565；10：RGB555；11：RGB444；
Bit[1:0]
00：YUV；01：Processed RAW；10：RGB；11：RAW RGB；
13
COM8
CF
Bit[2]
选择是否开启自动增益AGC功能
Bit[1]
选择是否开启自动白平衡AWB功能
Bit[0 ]
选择是否开启自动曝光AEC功能
0C
COM3
10
Bit[6]
选择是否水平镜像输出像素
Bit[0]
选择是否输出测试彩条
66
DSP_Ctrl3
10
COM3[4]
DSP_Ctrl3[7]
YUV输出格式
0
0
Y0U0, Y1V1, Y2U2, Y3V3, ...
1
1
Y0V0, Y1U1, Y2V2, Y3U3, ...
0
0
U0Y0, V1Y1, U2Y2, V3Y3, ...
1
1
V0Y0, U1Y1, V2Y2, U3Y3, ...
08
AECL
00
曝光参数AEC = {AECH, AECL}
10
AECH
00
曝光时间Texposure = AEC[15:0] * Trow interval
2B
EXHCL
9e
大陆：9e – 50Hz； 国外：00-60Hz
9B
BRIGHT
00
亮度值补偿，可以通过此值提高像素的亮度
关于寄存器的配置，OmniVision给出了有关于OV7725模式配置的官方手册——《OV7725 Camera Module Software Application Notes》。手册包括了时钟、阵列的配置，夜间模式的配置，白平衡的配置等。相关模式的配置可以参照此手册，以保证初始化的正确。
由于OV7725寄存器的数据之多，同时每一个寄存器都包括了多个参数的设定，笔者无法一一进行介绍。笔者在此主要介绍跟视频图像流、采样画质、输出格式等比较重要的几个寄存器，如下表所示：
地址
寄存器
默认值
描述
0A
PID
77
传感器唯一ID地址高8位（只读）
0B
VER
21
传感器唯一ID地址低8位（只读)
1C
MIDH
7F
制造商唯一ID地址高8位（只读）
1D
MIDL
A2
制造商唯一ID地址低8位（只读）
11
CLKRC
00
Bit[6]
选择是否使用内部PLL
Bit[5:0]
选择使用内部PLL进行时钟配置
finternal clock = finput clock * PLL multiplier/[(Bit[5:0] + 1)*2]
0D
COM4
41
Bit[7:0]
00：旁路PLL；01：PLL 4x；02：PLL 8x；03：PLL 16x
15
COM10
00
Bit[7]
反转输出图像数据
Bit[6]
切换HREF与HSYNC信号
Bit[5]
0：PCLK时钟有效；1：行空白时PCLK无效
Bit[4]
翻转PCLK信号
Bit[3]
翻转HREF信号
Bit[1]
翻转VSYNC信号（默认高电平同步，低电平有效）
Bit[0]
0：10Bit图像数据输出；1：高8Bit图像数据输出
12
COM7
00
Bit[7]
0：保持不变；1：复位所有的寄存器
Bit[6]
0：VGA分辨率输出；1：QVGA分辨率输出
Bit[5]
是否输出BT656协议（逐行）
Bit[4]
输出RAW RGB原始数据格式
Bit[3:2]
00：GBR422；01：RGB565；10：RGB555；11：RGB444；
Bit[1:0]
00：YUV；01：Processed RAW；10：RGB；11：RAW RGB；
13
COM8
CF
Bit[2]
选择是否开启自动增益AGC功能
Bit[1]
选择是否开启自动白平衡AWB功能
Bit[0 ]
选择是否开启自动曝光AEC功能
0C
COM3
10
Bit[6]
选择是否水平镜像输出像素
Bit[0]
选择是否输出测试彩条
66
DSP_Ctrl3
10
COM3[4]
DSP_Ctrl3[7]
YUV输出格式
0
0
Y0U0, Y1V1, Y2U2, Y3V3, ...
1
1
Y0V0, Y1U1, Y2V2, Y3U3, ...
0
0
U0Y0, V1Y1, U2Y2, V3Y3, ...
1
1
V0Y0, U1Y1, V2Y2, U3Y3, ...
08
AECL
00
曝光参数AEC = {AECH, AECL}
10
AECH
00
曝光时间Texposure = AEC[15:0] * Trow interval
2B
EXHCL
9e
大陆：9e – 50Hz； 国外：00-60Hz
9B
BRIGHT
00
亮度值补偿，可以通过此值提高像素的亮度
Bingo在开发OmniVision CMOS Sensor时，花了很长时间研究OV7725的寄存器，以及所需配置的寄存器。最终Bingo通过Verilog HDL模拟I2C时序，完成OV7725寄存器的初始化，实现预期模式的视频流输出。寄存的初始化并没有严格的顺序，不过笔者一般会将重要的一些模式配置放在配置列表前，方便参数的修改。相关模式的设计可以参考《OV7725 Camera Module Software Application Notes》，Bingo也是在现有的基础上，进行一定的修正。
为此Bingo新建I2C_OV7725_RGB565_Config.v，作为OV7725的寄存器初始化列表。在I2C总线的寄存器配置时，通过寄存器列表的查找，完成参数的初始化。I2C_OV7725_RGB565_Config相关信号列表如下所示：
`timescale 1ns/1ns
module I2C_OV7725_RGB565_Config
(
input [7:0] LUT_INDEX,
output reg [15:0] LUT_DATA,
output [7:0] LUT_SIZE
);
接着，介绍一下OV7725寄存器的配置流程。OV7725的寄存器读写配置，在SCCB总线时序的基础上，还具有一定的流程。通过器件地址、寄存器地址，以及寄存器等参数的配置，完成寄存器的读写操作。OV7725主要有读、写寄存器2种模式，详细介绍如下：
（1） SCCB总线寄存器的写入时序
SCCB总线在写寄存器时，先写设备地址，再写寄存器地址，最后写入寄存器的值，完成一个寄存器的配置，即 ID-Address + SUB-Address + W-Data的流程，如下图所示：
为此Bingo新建I2C_OV7725_RGB565_Config.v，作为OV7725的寄存器初始化列表。在I2C总线的寄存器配置时，通过寄存器列表的查找，完成参数的初始化。I2C_OV7725_RGB565_Config相关信号列表如下所示：
`timescale 1ns/1ns
module I2C_OV7725_RGB565_Config
(
input [7:0] LUT_INDEX,
output reg [15:0] LUT_DATA,
output [7:0] LUT_SIZE
);
接着，介绍一下OV7725寄存器的配置流程。OV7725的寄存器读写配置，在SCCB总线时序的基础上，还具有一定的流程。通过器件地址、寄存器地址，以及寄存器等参数的配置，完成寄存器的读写操作。OV7725主要有读、写寄存器2种模式，详细介绍如下：
（1） SCCB总线寄存器的写入时序
SCCB总线在写寄存器时，先写设备地址，再写寄存器地址，最后写入寄存器的值，完成一个寄存器的配置，即 ID-Address + SUB-Address + W-Data的流程，如下图所示：
Phase 1：CMOS Sensor的唯一ID地址。OmniVision相机的设备地址为0x42，而其中最后一位是用来判断读写的，即写的时候ID地址为0x42（读的时候ID地址为0x43）。
Phase 2：针对于SCCB总线的写操作而言，我们需要关心的是Sub-address，而这个地址就是传感器需要配置的寄存器的地址。
Phase 3：即针对Phase 2所指定的寄存器地址，传输所设定的寄存器数据。
（2） SCCB总线寄存器读取时序
相对于SCCB总线的写入时序而言，SCCB总线的读取流程稍微复杂一点，步骤上需要写入两次设备ID，如下图所示：
Phase 2：针对于SCCB总线的写操作而言，我们需要关心的是Sub-address，而这个地址就是传感器需要配置的寄存器的地址。
Phase 3：即针对Phase 2所指定的寄存器地址，传输所设定的寄存器数据。
（2） SCCB总线寄存器读取时序
相对于SCCB总线的写入时序而言，SCCB总线的读取流程稍微复杂一点，步骤上需要写入两次设备ID，如下图所示：
Phase 1：CMOS Sensor的唯一ID地址，此时为寄存器读操作的写入部分，ID为0x42。
Phase 2：写入需要读取的寄存器地址，与SCCB的寄存器地址写入一样。
Phase 3：CMOS Sensor的唯一ID地址，此时为寄存器读操作的读取部分，ID为0x43（0位置高）。
Phase 4：读取CMOS Sensor发送的指定寄存器的值。
Okay，了解了OV7725的SCCB接口，及Bingo设计的i2c_timing_ctrl驱动模块，熟悉了OV7725的寄存器内容与配置方式，掌握了OV7725的寄存器配置流程，结合I2C_OV7725_RGB565_Config模块，与i2c_timing_ctrl模块，我们完成了OV7725的寄存器初始化。
Phase 2：写入需要读取的寄存器地址，与SCCB的寄存器地址写入一样。
Phase 3：CMOS Sensor的唯一ID地址，此时为寄存器读操作的读取部分，ID为0x43（0位置高）。
Phase 4：读取CMOS Sensor发送的指定寄存器的值。
Okay，了解了OV7725的SCCB接口，及Bingo设计的i2c_timing_ctrl驱动模块，熟悉了OV7725的寄存器内容与配置方式，掌握了OV7725的寄存器配置流程，结合I2C_OV7725_RGB565_Config模块，与i2c_timing_ctrl模块，我们完成了OV7725的寄存器初始化。
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