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DVP 模块设计文档

文档版本：1.0 · 日期：2026-03-15 · 状态：已发布

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1. 模块概述

DVP（Digital Video Port）模块负责将 Mini212G2 传感器输出的 8-bit CMOS 并行数据转换为内存中可访问的帧缓冲（FrameBuffer）。整个采集链路通过硬件 DMA ping-pong 和快速中断实现，CPU 占用极低。

源文件：Debug/dvp.c / Debug/dvp.h

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2. DVP 硬件连接与引脚映射

所有 DVP 引脚配置为 浮空输入（GPIO_Mode_IN_FLOATING）。

引脚	DVP 信号	说明
PA4	D0	数据位 0
PA5	D1	数据位 1
PA6	D2	数据位 2
PA9	D3	数据位 3
PA10	D4	数据位 4
PC8	D5	数据位 5
PC9	D6	数据位 6
PC11	D7	数据位 7
PB3	VSYNC	帧同步信号
PB8	HSYNC	行同步信号
PB9	PIXCLK	像素时钟

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3. DVP 时序配置

在 DVP_Init() 中完成以下配置：

3.1 工作模式

配置项	值	说明
数据宽度	RB_DVP_D8_MOD	8-bit 并行数据
采集模式	Video_Mode	连续帧采集（非快照模式）
捕获控制	持续捕获（CR1 CM=0）	不限帧数

3.2 信号极性

信号	寄存器位	配置值	说明
VSYNC	RB_DVP_V_POLAR	1（高有效）	DIGITAL_FIELD_VALID 高电平期间为有效帧行
HSYNC	RB_DVP_H_POLAR	0（高有效）	标准高有效行同步
PCLK	RB_DVP_P_POLAR	0（上升沿采样）	正常时钟极性

与手册对应：Mini212G2 FIELD_VALID 高电平为有效期，因此 V_POLAR 置 1（高有效），与硬件手册时序图一致。

3.3 图像尺寸配置

寄存器	值	说明
DVP->COL_NUM	512（BYTES_PER_LINE）	每行字节数 = 256 像素 × 2 字节
DVP->ROW_NUM	1	每行触发一次 ROW_DONE 中断

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4. DMA ping-pong 行缓冲机制

4.1 缓冲区配置

__attribute__((aligned(4))) uint8_t DMA_LineBuf0[512];  /* DMA_BUF0 */
__attribute__((aligned(4))) uint8_t DMA_LineBuf1[512];  /* DMA_BUF1 */

两个缓冲区分别挂载在 DVP->DMA_BUF0 和 DVP->DMA_BUF1，DVP 硬件在两者之间自动切换，无需 CPU 干预。

4.2 缓冲切换逻辑

ROW_DONE 中断触发时，硬件已切换到 下一个缓冲开始写入。因此正确读取方法为：

/* BUF_TOG=1 表示 DMA 正在写 BUF0，此时应读 BUF1（刚写完的那个） */
uint8_t *src = (DVP->CR1 & RB_DVP_BUF_TOG) ? DMA_LineBuf0 : DMA_LineBuf1;

即：BUF_TOG 状态位指示当前正在写入的缓冲，应读取另一个刚刚完成写入的缓冲。

4.3 尺寸约束

修改传感器分辨率时，必须同时更新以下三个宏（dvp.h）：

#define SENSOR_WIDTH    256   /* 像素列数 */
#define SENSOR_HEIGHT   192   /* 像素行数 */
#define BYTES_PER_LINE  512   /* SENSOR_WIDTH × 2 字节/像素 */

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5. DVP IRQ 帧组装逻辑

中断处理函数声明：

void DVP_IRQHandler(void) __attribute__((interrupt("WCH-Interrupt-fast")));

WCH-Interrupt-fast 属性使中断跳过通用寄存器入栈，显著降低中断延迟，确保在下一行像素时钟到来（Mini212G2 @ 25 Hz，每行约 42.67 µs）前完成 512 B 的 memcpy。

5.1 帧同步（STR_FRM 中断）

VSYNC 上升沿触发，是帧同步的唯一锚点：

if (DVP->IFR & RB_DVP_IF_STR_FRM) {
    DVP->IFR = RB_DVP_IF_STR_FRM;
    current_line_idx = 0;   /* 重置行计数器 */
    dvp_frame_count++;
}

5.2 行完成（ROW_DONE 中断）

每行像素传输完成后触发：

if (DVP->IFR & RB_DVP_IF_ROW_DONE) {
    DVP->IFR = RB_DVP_IF_ROW_DONE;
    uint8_t  *src = (DVP->CR1 & RB_DVP_BUF_TOG) ? DMA_LineBuf0 : DMA_LineBuf1;
    uint32_t  idx = current_line_idx;
    current_line_idx++;
    if (idx < SENSOR_HEIGHT) {
        memcpy(FrameBuffer[idx], src, BYTES_PER_LINE);
        if (idx == SENSOR_HEIGHT - 1) {          /* 第 191 行完成 */
            Frame_Ready_Flag  = 1;               /* 通知业务任务 */
            Ready_Frame_Count = dvp_frame_count; /* 记录帧号 */
        }
    }
}

注意：先读 idx 再递增，避免 off-by-one。STR_FRM 将 idx 置 0，首次 ROW_DONE 时 idx=0，将数据写入 FrameBuffer[0]，符合预期。

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6. FrameBuffer 数据格式

__attribute__((aligned(4))) uint8_t FrameBuffer[SENSOR_HEIGHT][BYTES_PER_LINE];
/* = uint8_t[192][512] */

6.1 像素访问方式

FrameBuffer 声明为 uint8_t 数组，实际存储 uint16_t 小端序温度值：

/* 访问第 row 行、第 col 列的温度 */
uint16_t *pixels = (uint16_t *)FrameBuffer;
uint16_t raw_val = pixels[row * SENSOR_WIDTH + col];

6.2 温度换算（TMP 模式）

温度（°C）= raw_val × 0.1

例：raw_val = 370 → 37.0°C

6.3 字节序说明

CH32V307 为小端序（Little-Endian）：

偏移	内容
FrameBuffer[row][col*2 + 0]	温度低字节
FrameBuffer[row][col*2 + 1]	温度高字节

传感器必须配置为 CMOS8(LSB) 模式（低字节先发），否则字节顺序反转，温度值错误。

6.4 内存布局摘要

参数	值
总大小	192 × 512 = 98,304 字节 ≈ 96 KB
每行	512 字节 = 256 像素
像素格式	uint16_t，小端，0.1°C/LSB，TMP 模式绝对温度
对齐	4 字节对齐（__attribute__((aligned(4)))）

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7. 相关文档

文档	内容
系统总览.md	FreeRTOS 任务拓扑、Frame_Ready_Flag 同步机制
Mini212G2预配置指南.md	CMOS8(LSB) + TMP 模式配置命令