ARM 下的CMOS 数字图像传感器图像采集系统设计

2019-02-14邓小云

数字通信世界 2019年9期

关键词：数字图像时钟电源

邓小云

（重庆财经职业学院，重庆 402160）

CMOS 图像传感器采用先进的集成电路制造工艺，作为一种新型的科学级集成芯片，其体积更小、质量更轻，而且开发起来比较简单、功耗也较低，在高性能的图像采集系统中得到了广泛的应用。

1 图像传感器介绍和CMOS 图像传感器结构及基本工作原理

1.1 图像传感器

与早期的CCD 图像传感器相比，CMOS 图像传感器在像素阵列中采用了有源像素传感器，该结构既能够有效的完成光到电荷再到电压的转换，也能够进一步放大转换得到的电压，使其能够具有一定的驱动能力。

1.2 CMOS 图像传感器结构和基本工作原理

针对CMOS 图像传感器，其可以说是一个完整的单片图像系统。CMOS 图像传感器由很多部件组成，时序逻辑、可编程功能以及模数转换器都是其组成部分。其基本工作原理就是在CMOS 图像传感器中存在像素单元，该单元在感受到光的照射后，能够完成相应的充电过程，模拟电压经过放大电路进行放大处理，之后再输出到相应的转换模块。如果模拟电压过小，就需要使用两极放大电路进行作用，增益可编程放大器再对模拟电压进行放大，满足转换模块所需求的电量，经过一系列作用后最后以并行的形式输出。

2 ARM 下的CMOS 数字图像传感器图像采集系统设计

2.1 CMOS 数字图像传感器图像采集系统的硬件设计

关于ARM 系统外围电路的设计：

嵌入式处理器需要使用两组电源，对于接口供电电源，其电压值需要达到3.3V，而针对内核和内外的设供电电源，需要达到2.5V 的电压。对于整个系统总电源电路供给，其电压值需要保持在稳定的5V 电压，低压差电源芯片通过对5V 电源进行转换，能够得到3.3V 和2.5V 电源。

在CMOS 数字图像传感器图像采集系统中，晶振电路的作用是向系统的CPU 和其他电路提供工作时钟。根据系统的应用需求可以选择10MHz 的晶振，系统的相关电路具有频率放大和信号提纯的功能，通过利用这些功能，使用较低的外部时钟信号，就可以获得较高的工作频率，并降低相应的噪声。系统中使用的复位电路是一种4引脚并带有手动复位的复位芯片。

在CMOS 数字图像传感器图像采集系统中，Flash 存储器接口电路使用的是闪存存储器，闪存存储器具有非易失性的特点，其还能够在系统中进行电擦写，而且在掉电后信息不回丢失。通过使用内如迁入的算法可以完成对芯片的操作，而且该存储器具有功耗低、容量大、擦写速度快等性能，在各种嵌入式系统中得到了广泛的应用。

在CMOS 数字图像传感器图像采集系统中，还要使用到串行接口电路，串行二进制数据在不同设备号之间进行交换的标准是RS-485，这是一种很常用的串行数据传输总线标准。RS-485接口采用的是屏蔽双绞线传输，其接口组成的半双工网格也只需要二根连线就可以。

2.2 关于CMOS 图像传感器模块的设计

在图像采集系统中，用到的ETZ1X13OD 图像传感芯片是系统的重要组成部分。ETZ1X13OD 图像传感芯片工作时的电压为3.3V，根据输出的时序逻辑，该图像传感芯片可以读取相关数据，针对scLK 串行接口时钟，ARM 处理器的I2C 总线接口与其相连接。I2C 总线接口具有简单性和有效性的特点，其一般由两条信号组成，通过sDA 及sCL 两根线进行信息的传递。I2C 总线有三种类型信号进行数据的传送，包括开始信号、结束信号和应答信号。

2.3 CMOS 数字图像传感器图像采集系统的软件设计

在CMOS 数字图像传感器图像采集系统中，采用的是嵌入式Linux 系统的软件架构，其一般分为引导加载程序、Linux 内核、文件系统以及用户应用程序等4个层次。对硬件设备进行初始化并建立内存空间的映射表，一般会采用BootLoader 小程序，从而创建适当的系统软件环境。

在ARM 硬件平台上，uCLinux 的移植可以分为4 个过程：首先要下载源码，对交叉编译环境进行创建；在配置和编译内核时，根据不同的需求，要对源码进行相应的修改；针对根文件系统，需要制作相应的程序进行挂载；根文件系统中也需要添加相应的应用程序。

针对软件模块的设计，设计的目的是控制相应的硬件设备，对图像采集、识别以及传输的功能进行很好的实现。控制时序有好多部分组成，其中主要的是I2C 驱动、图像数据采集以及传输程序等。针对图像传感器的图像采集，首先要配置CMOS 传感器的寄存器值，通过I2C 接口对寄存器值进行修改，在进行相应的检测工作，当检测完相应的的信号后，就可以开始对时钟信号进行检测，一个时钟信号就想一个像素的值，读完第一个开始返回读取第二个，依次循环。