协议——SCCB与IIC的区别

　　SCCB（Serial Camera Control Bus，串行摄像头控制总线）是由OV（OmniVision的简称）公司定义和发展的三线式串行总线，该总线控制着摄像头大部分的功能，包括图像数据格式、分辨率以及图像处理参数等。结构框图如下所示：

　　OV公司为了减少传感器引脚的封装，现在SCCB总线大多采用两线式接口总线。OV7725使用的是两线式接口总线，该接口总线包括SIO_C串行时钟输入线和SIO_D串行双向数据线，分别相当于IIC协议的SCL信号线和SDA信号线。SIO_C的最小时间为10us，即最大频率为100K。一般来说，100K-400K之间都可以。

　　由此可见，SCCB就是改编版的IIC，完全可以按照IIC来理解，下面仔细讲解SCCB的时序以及和IIC的不同之处。

一、SCCB起始和结束（与IIC完全一致）

　　起始：SIO_C为高时，SIO_D由高拉低。

　　停止：SIO_C为高时，SIO_D由低拉高。

 

二、SCCB写（与IIC完全一致）

　　ID Address(W)里面就已经包括进了IIC中的“读写控制位”，所以没有额外写出。

　　即：start + phase_1 + phase_2 + phase_3 + stop

　　“X”的意思是“don't care”，该位是由从机发出应答信号来响应主机表示当前ID Address、Sub-address和Write Data是否传输完成，但是从机有可能不发出应答信号，因此主机（此处指FPGA）可不用判断此处是否有应答，直接默认当前传输完成即可。“X”即IIC中的ACK应答位。

三、SCCB读

　　数据手册中的SCCB读只写了上图的Phase3和Phase4，实际上它是和Phase1和Phase2联系在一起的。SCCB不支持连续读，Phase4的主机应答位必须为NA(no ack)，即为1，所以SCCB读其实就专指单次读，和IIC单次读几乎一样。

　　区别就一点：在IIC读传输协议中，写完寄存器地址后会有restart即重复开始的操作；而SCCB读传输协议中没有重复开始的概念，在写完寄存器地址后，需发起总线停止信号。

　　即：start_1 + phase_1 + phase_2 + stop_1 + start_2 + phase_3 + phase_4 + stop_2

四、SCCB和IIC的区别

　　1.SCCB的应答位称为X，表示“don't care”，而IIC应答位称为ACK。

　  2.SCCB只能单次读，而IIC除了单次读还支持连续读。

　　3.SCCB读操作中间有stop，而IIC读操作中间可以有stop也可以不需要stop，具体表现如下

SCCB读：start_1 + phase_1 + phase_2 + stop_1 + start_2 + phase_3 + phase_4 + stop_2
 IIC读：start_1 + phase_1 + phase_2 +        + start_2 + phase_3 + phase_4 + stop_2

　　除去上面三点，SCCB和IIC再无区别，因此如果只需要配置寄存器（只用到写），可以直接拿IIC的时序来当做SCCB用，如果需要读，读操作中间必须有一个stop。

 五、SCCB控制器Verilog代码

 //**************************************************************************
 // *** 名称 : sccb.v
 // *** 作者 : xianyu_FPGA
 // *** 博客 : https://www.cnblogs.com/xianyufpga/
 // *** 日期 : 2019-08-10
 // *** 描述 : SCCB控制器，只支持写
 //**************************************************************************
 
 module sccb
 //========================< 参数 >==========================================
 #(
 parameter DEVICE_ID         = 'b01010000           , //器件ID
 parameter CLK               = 'd50_000_000        , //本模块的时钟频率
 parameter SCL               = 'd250_000             //输出的SCL时钟频率
 )
 //========================< 端口 >==========================================
 (
 input                       clk                     , //时钟
 input                       rst_n                   , //复位，低电平有效
 //SCCB control --------------------------------------
 input                       sccb_en                 , //SCCB触发信号
 input                       addr16_en               , //16位地址使能
 input                       addr8_en                , //8位地址使能
 //SCCB input ----------------------------------------
 input        [:]         sccb_addr               , //SCCB器件内地址
 input        [ :]         sccb_data               , //SCCB要写的数据
 //SCCB output ---------------------------------------
 output  reg                 sccb_done               , //SCCB一次操作完成
 output  reg                 sccb_scl                , //SCCB的SCL时钟信号
 inout                       sccb_sda                , //SCCB的SDA数据信号
 //dri_clk -------------------------------------------
 output  reg                 sccb_dri_clk              //驱动SCCB操作的驱动时钟，1Mhz
 );
 //========================< 状态机参数 >====================================
 localparam  IDLE            = 'b00_0001            ; //空闲状态
 localparam  DEVICE          = 'b00_0010            ; //写器件地址
 localparam  ADDR_16         = 'b00_0100            ; //写字地址高8位
 localparam  ADDR_8          = 'b00_1000            ; //写字地址低8位
 localparam  DATA            = 'b01_0000            ; //写数据
 localparam  STOP            = 'b10_0000            ; //结束
 //========================< 信号 >==========================================
 reg                         sda_dir                 ; //SCCB数据(SDA)方向控制
 reg                         sda_out                 ; //SDA输出信号
 reg                         state_done              ; //状态结束
 reg    [ :]               cnt                     ; //计数
 reg    [ :]               state_c                 ; //状态机当前状态
 reg    [ :]               state_n                 ; //状态机下一状态
 reg    [:]               sccb_addr_t             ; //地址寄存
 reg    [ :]               sccb_data_t             ; //数据寄存
 reg    [ :]               clk_cnt                 ; //分频时钟计数
 wire   [ :]               clk_divide              ; //模块驱动时钟的分频系数
 
 //==========================================================================
 //==    sda控制
 //==========================================================================
 assign  sccb_sda = sda_dir ?  sda_out : 'bz;         //SDA数据输出或高阻
 
 //==========================================================================
 //==     生成SCL的4倍时钟来驱动后面SCCB的操作，生成1Mhz的sccb_dri_clk
 //==========================================================================
 assign  clk_divide = (CLK/SCL) >> ;                  // >>3即除以8
 
 always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
     if(!rst_n) begin
         sccb_dri_clk <=  'b1;
         clk_cnt <= 'd0;
     end
     else if(clk_cnt == clk_divide - 'd1) begin
         clk_cnt <= 'd0;
         sccb_dri_clk <= ~sccb_dri_clk;
     end
     else
         clk_cnt <= clk_cnt + 'b1;
 end
 
 //==========================================================================
 //==    状态机
 //==========================================================================
 always @(posedge sccb_dri_clk or negedge rst_n) begin
     if(!rst_n)
         state_c <= IDLE;
     else
         state_c <= state_n;
 end
 
 always @(*) begin
     case(state_c)
         IDLE: begin                             //空闲状态
            if(sccb_en)
                state_n = DEVICE;
            else
                state_n = IDLE;
         end
         DEVICE: begin                           //写器件ID
             if(state_done) begin
                 if(addr16_en)
                    state_n = ADDR_16;
                 else if(addr8_en)
                    state_n = ADDR_8 ;
             end
             else
                 state_n = DEVICE;
         end
         ADDR_16: begin                          //写地址高8位
             if(state_done)
                 state_n = ADDR_8;
             else
                 state_n = ADDR_16;
         end
         ADDR_8: begin                           //写地址低8位
             if(state_done)
                 state_n = DATA;
             else
                 state_n = ADDR_8;
         end
         DATA: begin                             //写数据
             if(state_done)
                 state_n = STOP;
             else
                 state_n = DATA;
         end
         STOP: begin                             //结束
             if(state_done)
                 state_n = IDLE;
             else
                 state_n = STOP ;
         end
         default:state_n= IDLE;
     endcase
 end
 
 //==========================================================================
 //==    设计各路信号
 //==========================================================================
 always @(posedge sccb_dri_clk or negedge rst_n) begin
     if(!rst_n) begin
         sccb_scl    <= 'b1;
         sda_out     <= 'b1;
         sda_dir     <= 'b1;
         sccb_done   <= 'b0;
         cnt         <= 'b0;
         state_done  <= 'b0;
         sccb_addr_t <= 'b0;
         sccb_data_t <= 'b0;
     end
     else begin
         state_done  <= 'b0 ;
         cnt         <= cnt + 'b1 ;
         case(state_c)
             //--------------------------------------------------- 空闲状态
             IDLE: begin
                     sccb_scl  <= 'b1;
                     sda_out   <= 'b1;
                     sda_dir   <= 'b1;
                     sccb_done <= 'b0;
                     cnt       <= 'b0;
                     if(sccb_en) begin
                         sccb_addr_t <= sccb_addr;
                         sccb_data_t <= sccb_data;
                     end
             end
             //--------------------------------------------------- 写器件ID
             DEVICE: begin
                 case(cnt)
                     'd1 : sda_out  <= 1'b0;
                     'd3 : sccb_scl <= 1'b0;
                     'd4 : sda_out  <= DEVICE_ID[7];
                     'd5 : sccb_scl <= 1'b1;
                     'd7 : sccb_scl <= 1'b0;
                     'd8 : sda_out  <= DEVICE_ID[6];
                     'd9 : sccb_scl <= 1'b1;
                     'd11: sccb_scl <= 1'b0;
                     'd12: sda_out  <= DEVICE_ID[5];
                     'd13: sccb_scl <= 1'b1;
                     'd15: sccb_scl <= 1'b0;
                     'd16: sda_out  <= DEVICE_ID[4];
                     'd17: sccb_scl <= 1'b1;
                     'd19: sccb_scl <= 1'b0;
                     'd20: sda_out  <= DEVICE_ID[3];
                     'd21: sccb_scl <= 1'b1;
                     'd23: sccb_scl <= 1'b0;
                     'd24: sda_out  <= DEVICE_ID[2];
                     'd25: sccb_scl <= 1'b1;
                     'd27: sccb_scl <= 1'b0;
                     'd28: sda_out  <= DEVICE_ID[1];
                     'd29: sccb_scl <= 1'b1;
                     'd31: sccb_scl <= 1'b0;
                     'd32: sda_out  <= DEVICE_ID[0];
                     'd33: sccb_scl <= 1'b1;
                     'd35: sccb_scl <= 1'b0;
                     'd36: begin
                             sda_dir <= 'b0;    //从机应答
                             sda_out <= 'b1;
                     end
                     'd37: sccb_scl <= 1'b1;
                     'd38: state_done <= 1'b1;  //状态结束
                     'd39: begin
                             sccb_scl <= 'b0;
                             cnt <= 'b0;
                     end
                     default :  ;
                 endcase
             end
             //--------------------------------------------------- 写字地址高8位
             ADDR_16: begin
                 case(cnt)
                     'd0 : begin
                             sda_dir <= 'b1 ;
                             sda_out <= sccb_addr_t[];
                     end
                     'd1 : sccb_scl <= 1'b1;
                     'd3 : sccb_scl <= 1'b0;
                     'd4 : sda_out  <= sccb_addr_t[14];
                     'd5 : sccb_scl <= 1'b1;
                     'd7 : sccb_scl <= 1'b0;
                     'd8 : sda_out  <= sccb_addr_t[13];
                     'd9 : sccb_scl <= 1'b1;
                     'd11: sccb_scl <= 1'b0;
                     'd12: sda_out  <= sccb_addr_t[12];
                     'd13: sccb_scl <= 1'b1;
                     'd15: sccb_scl <= 1'b0;
                     'd16: sda_out  <= sccb_addr_t[11];
                     'd17: sccb_scl <= 1'b1;
                     'd19: sccb_scl <= 1'b0;
                     'd20: sda_out  <= sccb_addr_t[10];
                     'd21: sccb_scl <= 1'b1;
                     'd23: sccb_scl <= 1'b0;
                     'd24: sda_out  <= sccb_addr_t[9];
                     'd25: sccb_scl <= 1'b1;
                     'd27: sccb_scl <= 1'b0;
                     'd28: sda_out  <= sccb_addr_t[8];
                     'd29: sccb_scl <= 1'b1;
                     'd31: sccb_scl <= 1'b0;
                     'd32: begin
                            sda_dir  <= 'b0;    //从机应答
                            sda_out  <= 'b1;
                     end
                     'd33: sccb_scl <= 1'b1;
                     'd34: state_done <= 1'b1;  //状态结束
                     'd35: begin
                            sccb_scl <= 'b0;
                            cnt <= 'b0;
                     end
                     default :  ;
                 endcase
             end
             //--------------------------------------------------- 写字地址低8位
             ADDR_8: begin
                 case(cnt)
                     'd0: begin
                             sda_dir <= 'b1 ;
                             sda_out <= sccb_addr_t[];
                     end
                     'd1 : sccb_scl <= 1'b1;
                     'd3 : sccb_scl <= 1'b0;
                     'd4 : sda_out  <= sccb_addr_t[6];
                     'd5 : sccb_scl <= 1'b1;
                     'd7 : sccb_scl <= 1'b0;
                     'd8 : sda_out  <= sccb_addr_t[5];
                     'd9 : sccb_scl <= 1'b1;
                     'd11: sccb_scl <= 1'b0;
                     'd12: sda_out  <= sccb_addr_t[4];
                     'd13: sccb_scl <= 1'b1;
                     'd15: sccb_scl <= 1'b0;
                     'd16: sda_out  <= sccb_addr_t[3];
                     'd17: sccb_scl <= 1'b1;
                     'd19: sccb_scl <= 1'b0;
                     'd20: sda_out  <= sccb_addr_t[2];
                     'd21: sccb_scl <= 1'b1;
                     'd23: sccb_scl <= 1'b0;
                     'd24: sda_out  <= sccb_addr_t[1];
                     'd25: sccb_scl <= 1'b1;
                     'd27: sccb_scl <= 1'b0;
                     'd28: sda_out  <= sccb_addr_t[0];
                     'd29: sccb_scl <= 1'b1;
                     'd31: sccb_scl <= 1'b0;
                     'd32: begin
                            sda_dir  <= 'b0;    //从机应答
                            sda_out  <= 'b1;
                     end
                     'd33: sccb_scl <= 1'b1;
                     'd34: state_done <= 1'b1;  //状态结束
                     'd35: begin
                            sccb_scl <= 'b0;
                            cnt <= 'b0;
                     end
                     default :  ;
                 endcase
             end
             //--------------------------------------------------- 写数据
             DATA: begin
                 case(cnt)
                     'd0: begin
                             sda_out <= sccb_data_t[];
                             sda_dir <= 'b1;
                     end
                     'd1 : sccb_scl <= 1'b1;
                     'd3 : sccb_scl <= 1'b0;
                     'd4 : sda_out  <= sccb_data_t[6];
                     'd5 : sccb_scl <= 1'b1;
                     'd7 : sccb_scl <= 1'b0;
                     'd8 : sda_out  <= sccb_data_t[5];
                     'd9 : sccb_scl <= 1'b1;
                     'd11: sccb_scl <= 1'b0;
                     'd12: sda_out  <= sccb_data_t[4];
                     'd13: sccb_scl <= 1'b1;
                     'd15: sccb_scl <= 1'b0;
                     'd16: sda_out  <= sccb_data_t[3];
                     'd17: sccb_scl <= 1'b1;
                     'd19: sccb_scl <= 1'b0;
                     'd20: sda_out  <= sccb_data_t[2];
                     'd21: sccb_scl <= 1'b1;
                     'd23: sccb_scl <= 1'b0;
                     'd24: sda_out  <= sccb_data_t[1];
                     'd25: sccb_scl <= 1'b1;
                     'd27: sccb_scl <= 1'b0;
                     'd28: sda_out  <= sccb_data_t[0];
                     'd29: sccb_scl <= 1'b1;
                     'd31: sccb_scl <= 1'b0;
                     'd32: begin
                            sda_dir  <= 'b0;    //从机应答
                            sda_out  <= 'b1;
                     end
                     'd33: sccb_scl <= 1'b1;
                     'd34: state_done <= 1'b1;  //状态结束
                     'd35: begin
                            sccb_scl  <= 'b0;
                            cnt  <= 'b0;
                     end
                     default  :  ;
                 endcase
             end
             //--------------------------------------------------- 结束
             STOP: begin
                 case(cnt)
                     'd0: begin
                            sda_dir  <= 'b1;
                            sda_out  <= 'b0;
                     end
                     'd1 : sccb_scl <= 1'b1;
                     'd3 : sda_out  <= 1'b1;
                     'd15: state_done <= 1'b1;  //状态结束
                     'd16: begin
                            cnt <= 'b0;
                            sccb_done <= 'b1;   //sccb配置完成
                     end
                     default  : ;
                 endcase
             end
         endcase
     end
 end
 
 endmodule

参考资料：

[1]OmniVision Serial Camera Control Bus (SCCB) Functional Specification

[2]正点原子FPGA教程

[3]开源骚客.SDRAM那些事儿