无线实时的QQVGA视频和拍摄系统设计

2 DSP的接口设计

2.1 DSP与OV9640的接口设计

该芯片使用OmniVision公司自主开发的SCCB总线进行控制，使用三线连接。其中SCCB_E为串口允许／禁止信号线，SIO_C和SIO_D分别为串口时钟线和数据线。系统中仅对OV9640进行控制而不需要获知其状态，采用DSP的McBSPO端口进行连接，其中HD3用于打开串口，BCLKX0和HDX0分别用于发送时钟信号和控制数据。

值得注意的是：

①使用DSP的HPI接口连接OV9640时，为了获得场频、行频和8位视频输出等信号，DSP的HPIENA引脚必须下拉，使得HD[7：0]能配置为通用I／o接口，才能实现对OV9640的启停或工作模式控制。

②通过修改OV9640的寄存器COMC，将输出大小设定为1280×960或者QQVGA。

③修改寄存器COMH，将输出格式设定为8位的RGB格式，并设定为Master方式。

④FREX为连续帧模式的允许／禁止信号，但默认为禁止。应配置DSP的HD4引脚，将其电平拉高，然后再用HD3将EXPSTB引脚置高以实现连续帧的数据输出；将FREX置低即可返回到(单帧)拍摄模式。

⑤计算数据传输率。该芯片输出并行8位图像信号以及场频、行频同步信号，视频中的l帧图像(160×120)的大小是：
160×120×8=153600位/帧

如果以nRF24L01最大的发送速度2Mbps计算，则每秒可发送

2000000/153600≈13帧

即本系统能以160×120(@13 fps)的速度传输视频信号。

⑥输出数据的并一串转换。

OV9640输出8位并行数据，而nRF24L01为串行接口,因而需要将并行数据串行化。8位并行数据格式为HREF、Bll、G2l、B22、G12……，HREF、G21、R22、G23、R24……。通过编程约定发送端与接收端的时序，可将从HD[2：0]得到的PCLK、HREF和VSYNC信号略去而无须计入无线传输之列。所以串行化时，将每次从D[7：O]读入的8位数据由高位到低位依次按顺序放进SDRAM缓冲中，再传给nRF24LOl发送出去即可。

2．2 DSP与nRF24L01的接口设计

2.2.1 设计要点

DSP使用McBSPl与该芯片直接连接。其中CSN为SPI片选引脚，低电平有效，用DSP的XF引脚与CSN引脚连接；CE为收发模式选择引脚，用HD7进行高低电平控制。其他引脚的连线如图3所示。在编程时需要注意：

①每次通过SPI向nRF24L01发送指令前，必须使CSN得到一次由高到低的电平跳变，即每次执行指令后，都要将CSN置高才能继续发送下一条指令。

②nRF24L01的SPI为下降沿锁存数据，故应将McBSPl配置成“有延时的下降沿”。

③IRQ引脚为低电平有效，每次产生到DSP的中断必须写“l”来清除。

④若发送端需要接收应答，则应当配置数据通道O来接收应答信号，且接收地址(RX_ADDR_PO)应当与发送地址(TX_ADDR)一致。

⑤芯片必须经过Standby模式才能进入TX或RX模式，故在TX和RX模式之间切换时应先将CE拉低以进入Standby模式。

⑥写寄存器的指令只能在Powerdown或Standby模式下执行，故在修改寄存器值前也应当将CE拉低。

⑦以下的2．2．2和2．2．3均未开启AACK和ART功能。因为系统在连续视频流方式运行时，只要求得到高数据传输率以满足实时性，而并不需要纠错重发。但在拍摄方式下，则应该打开这两项功能，以确保图像数据的完整性。

2.2.2 ESB发送数据

①将配置位PRIM_RX置低；

②保持CSN为低电平，送入接收端的地址(TX_ADDR)和数据(TX_PLD)；

③将CE置高，开启数据发送；

④数据发送完毕，产生TX_DS中断；

⑤CE置低，可进入Standby模式。

2.2.3 ESB接收数据

①配置位PRIM_RX置高，CE置高，则130μs后，nRF24L01开始监听空中信号；

②收到合法的数据包后RX_DR产生中断；

③状态寄存器中的RX_P_NO记录所接收的数据通道；

④CE置低可进入Standby模式；

⑤MCU通过SPI得到数据。

2.2.4 部分程序示例

(1)写nRF24L01寄存器

(2)读nRF24L01寄存器

(3)初始化nRF24L01(示倒)

在(1)和(2)中定义了寄存器存取指令，即可用“写”指令对该芯片进行初始化。

(4)发送数据

假设在(3)中已经将数据宽度定为32字节，则W_TX_PAYLOAD．macro tx_start_byte

(5)接收数据

同样假设在(3)中已经将数据宽度定为32字节，则R_RX_PAYLOAD．macro rx_start_byte

结语

以DSP为核心的无线通信系统，在硬件上采用了高速低功耗的无线射频芯片nRF24L01、高性能的TMS320VC5402数字信号处理芯片以及多功能的摄像芯片OV9640，使其能够实现强大的视频通信功能，并且在软件层次上优化设计，以缩短等待延迟和降低功耗。本系统的扩展性很强，例如，加装语音编解码芯片即可实现无线音频和视频的同步传输；加装视频压缩芯片可以提高帧速率；同时使用两片(或两片以上)的无线收发芯片能实现全双工，更能提高空中数据传输率；改用高分辨率的摄像芯片即可获得更优质的视频和图像效果等，但也提高了硬件连线和软件设计的难度。

总之，无线视频和无线图像通信是未来无线领域的重点发展方向。本设计实现了在一定帧速率下的实时QQVGA视频传输，对今后同类系统的设汁有一定的参考价值。