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用于STM32 MCU的数字照相机接口(DCMI)1


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更新于2022-08-03
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STM32微控制器(MCU)系列是STMicroelectronics推出的一款高性能、低功耗的32位微控制器,广泛应用于各种嵌入式系统,包括成像应用。STM32 MCU集成了一种称为数字照相机接口(DCMI)的特性,这使得它能够直接连接并处理来自高效并行照相机模块的数据。
数字照相机接口(DCMI)是一种专用的硬件模块,设计用来高效地捕获和传输来自外部摄像传感器的数据。STM32 MCU的DCMI支持多种图像格式和帧率,可以处理实时视频流,从而在嵌入式系统中实现高质量的图像处理功能。DCMI通常包含同步信号(如像素时钟、帧同步和行同步)管理,数据传输以及错误检测等功能,确保了与各种照相机模块的兼容性。
STM32系列的多个成员都集成了DCMI,如STM32F2、STM32F4、STM32F7、STM32L4和STM32H7系列。每个系列都有不同的性能等级和特性,以满足不同应用的需求。例如,STM32F4系列提供了高性能的ARM Cortex-M4内核,带有浮点单元(FPU),而STM32H7系列则进一步升级到了Cortex-M7内核,提供了更高的处理能力。STM32L4系列则注重低功耗,适用于电池供电的IoT设备。
除了DCMI,STM32 MCU还提供丰富的外设和接口选项,如SPI、UART、I2C、SDIO、USB、以太网、I2S等,这些使得开发者能够在同一平台上实现多种功能。此外,还有图形处理功能,如LCD控制器(LTDC)、串行QUAD SPI(QSPI)和DMA2D,这些对于构建复杂的用户界面和实时图像处理至关重要。
STM32 MCU的功耗管理模式也是其一大亮点,允许设备在不同工作状态间灵活切换,从而优化能源效率。配合高效的DCMI,STM32能够实现高性能的成像功能,同时保持低功耗,这对于移动和便携式设备特别重要。
开发环境方面,STM32提供了业界领先的支持,包括HAL(硬件抽象层)和LL(低层)库,使得开发者能更方便地利用DCMI和其他外设。这些库简化了代码编写,提高了代码可移植性,加速了产品的开发进程。
为了更好地理解和使用STM32的DCMI功能,开发者需要参考各系列的特定参考手册,例如STM32F2、STM32F4、STM32F7、STM32L4和STM32H7系列的手册。这些手册详细介绍了DCMI的配置步骤、操作模式以及与其他外设的协同工作方式。
总结来说,STM32 MCU的数字照相机接口(DCMI)为嵌入式成像应用提供了一套强大且灵活的解决方案。通过整合高效的处理器核心、多种外设接口、低功耗模式以及完善的开发工具,STM32 MCU不仅能满足对高图像质量的需求,还能应对功率效率、集成度和成本效益的挑战,为各种成像应用提供了理想的平台。

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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