MIPI CSI 摄像头使用说明

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简介

本示例展示了如何在 Titan Board 上使用 MIPI CSI（Camera Serial Interface） 接口连接 OV5640 摄像头，并通过 RT-Thread LCD 框架将捕获的图像显示到 RGB565 LCD 屏幕。

主要功能包括：

  • 初始化 MIPI CSI 摄像头接口，捕获实时视频流

  • 配置 OV5640 摄像头参数（分辨率、帧率、输出格式）

  • 使用 RT-Thread LCD 驱动显示摄像头捕获的图像

  • 支持图像格式转换（YUV422 → RGB565）

RA8 系列 MIPI CSI 特性

RA8 系列 MCU 集成 MIPI CSI 硬件模块，用于高速、低功耗摄像头数据采集，适合高清视频和实时图像处理。

1. 硬件接口特性

  1. 接口类型

    • MIPI CSI-2 D-PHY 接口，支持高带宽串行传输

    • 支持 1–4 数据通道 (Lanes)

    • 同步信号由 MIPI D-PHY 控制，无需额外 HSYNC/VSYNC

  2. 数据速率与分辨率

    • 支持每通道最高 1.5–2.5 Gbps（取决 MCU 系列和 PHY 配置）

    • 可驱动常见摄像头分辨率：VGA、QVGA、SXGA、UXGA、1080p 等

  3. 摄像头兼容性

    • 兼容 OV5640、IMX219 等常见 CMOS 摄像头

    • 支持摄像头寄存器配置和自动初始化

2. 图像格式与处理能力

  1. 图像格式支持

    • RAW10 / RAW12（用于算法开发和图像处理）

    • YUV422（用于视频显示）

    • RGB565（适合 LCD 显示）

  2. 图像处理功能

    • 颜色空间转换（YUV → RGB）

    • 图像裁剪（ROI capture）

    • 镜像与翻转

    • 硬件缩放加速

  3. 硬件加速

    • MIPI CSI 内置 DMA，可减轻 CPU 负担

    • 高速格式转换与缩放

3. DMA 支持与缓冲机制

  1. 高速 DMA 传输

    • 与 MCU DMAC 协作，将图像直接写入内存或 LCD 缓冲区

    • 减少 CPU 干预，提高帧率

  2. 多缓冲区机制

    • 支持双缓冲或环形缓冲，实现连续视频采集

    • 避免帧丢失和显示延迟

  3. DMA 配置灵活

    • 可配置缓冲区起始地址和大小

    • 支持中断回调处理

4. 中断机制

  1. 中断类型

    • 帧完成中断：每帧采集完成时触发

    • 行完成中断（可选）

    • 错误中断：缓冲区溢出、PHY 错误等

  2. 中断特点

    • 支持 RT-Thread ISR 回调

    • 可与 DMA 联动，实现实时显示

5. 时序与同步特性

  1. 同步方式

    • CSI 使用 MIPI D-PHY 提供时钟和数据同步

    • 无需额外 HSYNC/VSYNC

  2. 像素时钟与数据对齐

    • 支持按像素对齐或按字节对齐

    • 自动处理 RAW/YUV/RGB 数据对齐

6. 性能优化

  1. 高吞吐量

    • DMA + 双缓冲实现无间断视频采集

    • CPU 占用低，适合实时应用

  2. 可靠性

    • PHY 错误、数据丢失中断可触发异常处理

    • 支持缓冲区溢出检测

  3. 灵活性

    • 多分辨率、多格式支持

    • 支持 ROI 捕获和硬件缩放，提高显示效率

7. 应用场景

  • 实时视频显示到 LCD

  • 视频采集与处理算法验证

  • 嵌入式视觉应用，如监控、手势识别、机器人视觉

RA8 系列 MCU GLCDC（Graphics LCD Controller）特性

RA8 系列 MCU（如 RA8P1）集成 GLCDC 硬件模块，用于驱动 TFT/LCD 显示屏，实现高速图形渲染和视频显示，支持多种分辨率、色彩格式和显示模式。

1. 硬件特性

  1. 分辨率支持

    • 可驱动从 QVGA (320×240) 到 WQVGA/XGA 等常用分辨率

    • 受片上 RAM 和显示接口带宽限制

  2. 色彩支持

    • 支持 1/4/8/16/24/32 位色深

    • 常用 RGB565、RGB888 格式

    • 支持调色板模式（Palette mode）

    • 可硬件进行色彩转换

  3. 接口类型

    • 并行 RGB（TFT LCD 接口）

    • 支持 16/18/24 位数据总线

    • 可与外部 LCD 面板直接连接

    • 时序可编程：HSYNC、VSYNC、DE、PCLK、RGB 输出

2. 图层与显示模式

  1. 图层支持

    • 单图层模式（单画面显示）

    • 多图层模式（通过调色板或硬件 alpha 混合叠加）

    • 支持透明/半透明叠加

  2. 显示模式

    • RGB 模式（直显颜色输出）

    • CLUT/Palette 模式（索引颜色，通过查表转换）

    • 可配置扫描方向（水平/垂直扫描）

3. DMA 与帧缓冲

  1. 帧缓冲访问

    • GLCDC 可直接访问片上/外部 SRAM 中的帧缓冲

    • 支持单缓冲、双缓冲模式

    • 支持环形缓冲，用于连续刷新

  2. DMA 支持

    • 与 MCU DMAC 协同工作，减少 CPU 占用

    • 可将图像直接从内存传输到 LCD

    • 支持行、块或全帧传输

4. 硬件图形功能

  1. 窗口裁剪与缩放

    • 可指定显示窗口区域

    • 可支持简单缩放（水平/垂直）

  2. 硬件图形加速

    • 支持矩形填充、颜色替换

    • 支持图像透明处理

    • 可结合 CEU 或 DMA 进行视频显示

  3. 颜色格式转换

    • YCbCr → RGB

    • RGB888 → RGB565

    • 硬件加速，减少 CPU 负担

5. 中断机制

  1. 中断类型

    • 帧完成中断（Frame End）

    • 行中断（Line End，可选）

    • 访问错误/溢出中断

  2. 中断应用

    • 与 RT-Thread ISR 集成

    • 可在帧完成时触发更新缓冲区或切换双缓冲

    • 方便实现动画和视频显示

6. 性能优化

  1. 双缓冲机制

    • 支持双缓冲减少闪烁

    • CPU 可在后台绘制下一帧

    • GLCDC 硬件自动切换显示缓冲

  2. 帧率控制

    • 可编程时钟和行/帧同步

    • 支持 30fps、60fps 等常见刷新率

  3. CPU 卸载

    • 大量图形操作由硬件完成

    • DMA + GLCDC 结合，实现高效图像显示

硬件说明

MIPI DSI/CSI接口和 RGB LCD 接口如下图所示：

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FSP 配置

HyperRAM 配置

  • 新建 r_ospi_b stack：

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  • 配置 r_ospi_b stack：

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  • HyperRAM 引脚配置：

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  • HyperRAM 所有相关引脚的驱动能力配置为 H，OM_1_SIO0~OM_1_SIO7 需要配置为输入上拉。

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I2C0 配置

  • 新建 r_iic_master stack：

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  • 配置 I2C0：

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  • 配置 I2C0 引脚：

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VIN 配置

  • 新建 r_vin stack：

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  • 配置 VIN：

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MIPI CSI 配置

  • 配置 MIPI CSI：

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  • 配置 MIPI 引脚：

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MIPI PHY 配置

  • 设置 MIPI PHY 模块名称：

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D/AVE 2D 配置

  • 新建 r_drw stack：

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RGB LCD 配置

  • 新建 r_glcdc stack：

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  • 配置中断回调和图形层1：

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  • 配置输出参数、CLUT、TCON和抖动。

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  • 配置 GLCDC 的引脚：

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LCD 背光配置

  • 新建 r_gpt stack：

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  • 配置背光 PWM 输出：

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RT-Thread Settings 配置

  • 使能 MIPI CSI 摄像头，使用 i2c0；使能 RGB565 LCD，使用 pwm7 输出背光。

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编译&下载

  • RT-Thread Studio：在RT-Thread Studio 的包管理器中下载 Titan Board 资源包，然后创建新工程，执行编译。

编译完成后，将开发板的 USB-DBG 接口与PC 机连接，然后将固件下载至开发板。

运行效果

复位 Titan Board 后终端会输出如下信息：

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下面是 LCD 屏幕上显示的图像：

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