OV6620数字摄像头IP核的设计与实现

摘要SOPC是Altera公司提出来的一种灵活高效的SOC解决方案，它将处理器、存储器、I/O口、LVDS等系统设计需要的功能模块集成到一个可编程器件上，构成一个可编程的片上系统。

Nios II是建立在FPGA上的嵌入式软核处理器，有很强的灵活性。

而作为体现Nios II灵活性的两个最主要方面的自定义外设和自定义指令，则越来越受到人们的关注。

本文研究以SOPC Builder为平台，设计基于Avalon总线的从外设OV6620数字摄像头的IP软核控制器。

论文首先介绍了SOPC技术，其次介绍了OV6620的特性，最后重点论述了如何设计从外设的底层硬件描述及软件驱动程序。

该设计在实验箱上完成并得到了正确的结果。

关键词SOPC；Nios II；自定义外设；OV6620数字摄像头AbstractSOPC (System On Programmable Chip) is a flexible, efficient solution which is developed by Altera corporation. It could build a SOC design by integrating processor, memory, I/O, LVDS and other peripherals into one chip, on which forms a programmable system.The Nios II processor is a configurable soft-core processor which is based on the FPGA. As the most important respects of this technology, the custom peripheral and instructions have been paid more and more attention.The design of a custom component, ov6620 controller of Nios II IP soft-core, is discussed based on the Avalon bus architecture, which uses SOPC Builder as a platform. Firstly the technology of SOPC was introduced. Next the characteristic of ov6620 digital camera was talked about .Finally, how to design a slave Avalon interface from hardware to software is emphasized. This design has been completed in the experimental box and got the right result on test.Key Word SOPC; Nios II; custom peripheral; OV6620 digital camera目录摘要 .................................................................................................................................... - 1 -ABSTRACT ...................................................................................................................... - 2 -1. 引言 ............................................................................................................................... - 4 -2. SOPC技术简介............................................................................................................. - 5 -2.1SOPC技术 (5)2.2N IOS II软核处理器 (7)2.2.1 Nios II软核处理器简介................................................................................... - 7 -2.2.2 Nios II嵌入式的软硬件开发流程................................................................... - 7 -2.3A V ALON 总线. (9)2.3.1 Avalon总线简介............................................................................................... - 9 -2.3.2 本设计中使用的接口信号 .............................................................................. - 9 -2.4定制用户外设简介. (10)2.4.1 元件的组成部分............................................................................................ - 10 -2.4.2 元件的组成模块............................................................................................ - 10 -2.4.3 元件的定制步骤............................................................................................ - 10 -3. OV6620数字摄像头介绍 ........................................................................................... - 12 -3.1OV6620简介 (12)3.2OV6620引脚介绍 (12)3.3图像的采集过程 (13)3.4摄像头的配置状态 (14)3.5其他状态 (14)4. OV6620控制器外设的设计过程 ............................................................................... - 15 -4.1硬件功能的规划 (15)4.2使用VHDL来描述硬件逻辑 (15)4.3自定义元件的封装 (16)4.4编写测试元件的C文件 (19)4.5验证结果 (21)5. 总结 ............................................................................................................................. - 22 -附录1 ............................................................................................................................... - 23 -附录2 ............................................................................................................................... - 27 -参考文献 .......................................................................................................................... - 28 -1. 引言将IP硬核直接植入FPGA的解决方案存在很大的不足，例如设计者无法根据实际需要改变处理器的总线规模、接口方式、指令形式等结构，而如果利用软核处理器，就能有效的弥补以上的不足。

Altera公司提供的Nios II 软核处理器是用户可随意配置和构建的32位嵌入式处理器IP核，采用Avalon总线结构通信接口。

在把Nios II植入FPGA前，用户可以根据设计要求，利用Quartus II和SOPC Builder对Nios II及其外设进行构建，使该系统在硬件结构、功能特点、资源占用等方面满足用户系统设计的要求。

在通常情况下，用户可以从供应商提供的IP库中选择组件来组装系统。

当所提供的组件不能满足用户的要求时，由于Nios II软核处理器具有自定义的功能，用户可以通过自定义逻辑来实现所要求的功能，体现了强大的设计灵活性。

本文在介绍了SOPC相关知识和OV6620的主要特性的基础上主要论述了OV6620数字摄像头控制器自定义外设的设计方法，所做的工作有：1.使用VHDL编写硬件逻辑，描述怎样对OV6620数字摄像头进行控制驱动，其中主要做的是对SCCB协议的描述；2.使用SOPC Builder元件编辑器来对编写的硬件逻辑元件进行封装，生成一个自定义元件；3.建立一个完整的SOPC Builder system，包含一个OV6620数字摄像头控制器元件及其他必要的测试外设。

4.编写验证控制器件的C程序，通过UART发送图像数据到上位机，并通过SCCB对摄像头进行配置，观察数据是否符合配置要求，验证结果的正确性。

通过以上过程，完成一个可以直接控制OV6620数字摄像头的IP核，并给出了一个简单的通过Nios II处理器控制该核的程序，以方便其它相关项目的使用。

2. SOPC技术简介2.1 SOPC技术在集成电路（IC）发展初期，电路设计主要是器件的物理版图设计。