Οδηγός Συμβατότητας Αισθητήρα Κάμερας RK3576: Τι πρέπει να επιβεβαιώσετε πριν από τον σχεδιασμό του υλικού

Για την επιλογή αισθητήρα κάμερας και τον σχεδιασμό του υλικού στην πλατφόρμα RK3576, πρέπει να οριστούν αρκετά κρίσιμα σημεία πριν από την έναρξη του σχεδιασμού των σχηματικών. Αυτές οι αποφάσεις επηρεάζουν άμεσα την απόδοση της εικόνας και την εφικτότητα του σχεδιασμού του υλικού.

Περιορισμοί του CSI/PHY και του ISP του RK3576

Το RK3576 προσφέρει μια ευέλικτη αρχιτεκτονική διεπαφής κάμερας, αλλά η διαμόρφωσή της πρέπει να σχεδιαστεί από την αρχή με βάση τις απαιτήσεις του έργου.

Υποστήριξη διεπαφής: Το SoC υποστηρίζει τόσο διεπαφές κάμερας MIPI CSI-2 όσο και DVP, με τη MIPI CSI-2 να προσφέρει το κύριο πλεονέκτημα για τις σημερινές εφαρμογές.

Το RK3576 παρέχει μία διεπαφή C/D-PHY με έως τέσσερις λάνες, καθώς και δύο διεπαφές D-PHY. Οι διαθέσιμοι πόροι PHY μπορούν να διαμορφωθούν είτε ως δύο θύρες D-PHY των 4 λανών είτε ως τέσσερις θύρες D-PHY των 2 λανών. Αυτό καθιστά δυνατό τον σχεδιασμό πολλαπλών καμερών, συμπεριλαμβανομένων των συστημάτων πολλαπλής προβολής που χρησιμοποιούνται συχνά σε εφαρμογές ασφάλειας και ρομποτικής.

Σημειώσεις:

• Για ένα σχέδιο με πολλές κάμερες, αναθέστε εγκαίρως τους πόρους PHY και lane.
• Μία θύρα CSI του RK3576 είναι ρυθμιζόμενη ως C-PHY ή D-PHY. Σε λειτουργία D-PHY, υποστηρίζει μέχρι 4,5 Gbps ανά lane· σε λειτουργία C-PHY, υποστηρίζει μέχρι 2,5 Gsps ανά trio. Οι υπόλοιπες διαύλους D-PHY υποστηρίζουν μέχρι 2,5 Gbps ανά lane. Ένα πρακτικό σχέδιο υλικού πρέπει να διατηρεί περίπου 20% της εύρους ζώνης ως περιθώριο. Όταν ο αποτελεσματικός ρυθμός δεδομένων πλησιάζει ή υπερβαίνει το όριο της διεπαφής, αυξάνεται η πιθανότητα εμφάνισης εντροπιακών καρέ, χαμένων καρέ και άλλων βλαβών εικόνας.
• Το SoC υποστηρίζει επίσης μια παράλληλη διεπαφή κάμερας DVP για παλαιότερους, χαμηλότερης ανάλυσης αισθητήρες. Δεδομένου ότι οι λειτουργίες DVP και MIPI μοιράζονται ορισμένους ακροδέκτες, η ανάθεση ακροδεκτών πρέπει να ολοκληρωθεί εγκαίρως για να αποφευχθούν συγκρούσεις πόρων.

Προδιαγραφές ISP του RK3576 και όρια επεξεργασίας

• Το RK3576 ενσωματώνει έναν μοναδικό επεξεργαστή ISP υλικού που υποστηρίζει επεξεργασία εικόνας μέχρι 16 MP και δυναμική περιοχή HDR μέχρι 120 dB. Ωστόσο, σε ένα σύστημα πολλαπλών καμερών, η δρομολόγηση αρκετών ροών RAW μέσω του ISP σημαίνει ότι η συνδυασμένη ανάλυση και ο αποτελεσματικός ρυθμός καρέ περιορίζονται τόσο από την ικανότητα του ISP όσο και από το εύρος ζώνης λήψης MIPI CSI-2. Εάν οι αισθητήρες εξάγουν YUV απευθείας και παρακάμπτουν το ISP, οι κύριοι περιορισμοί μετατοπίζονται στο εύρος ζώνης της διεπαφής MIPI και στο εύρος ζώνης της μνήμης.

Παράδειγμα διαμόρφωσης πολλαπλών καμερών: 1 × 8 MP (4K σε 30 fps) + 2 × 2 MP (1080p σε 30 fps).

• Οι εφαρμογές πολλαπλών καμερών απαιτούν επίσης νωρίς τη λήψη απόφασης για τη συγχρονισμένη λήψη καρέ. Η λήψη πολλαπλών θεαμάτων και η στερεοσκοπική μέτρηση απόστασης μπορεί να απαιτούν υλικό συγχρονισμό VSYNC. Επιβεβαιώστε εάν ο υλικός συγχρονισμός θα ενεργοποιηθεί και εάν το SoC διαθέτει επαρκή αριθμό εξωτερικών ακροδεκτών ενεργοποίησης για τον προγραμματισμένο αριθμό καμερών.

Έλεγχος επιλογής αισθητήρα

• Διεπαφή και λειτουργική λειτουργία εξόδου: Επιβεβαιώστε τη MIPI CSI-2 ή τη DVP, καθώς και τον αριθμό των γραμμών MIPI (1, 2 ή 4 γραμμές).
• Μορφή δεδομένων: Στην πλατφόρμα RK3576, η είσοδος VICAP υποστηρίζει τις μορφές RAW, RGB888 και επιλεγμένες μορφές YUV. Ο ενσωματωμένος ISP επεξεργάζεται δεδομένα RAW και τα μετατρέπει σε YUV για την ακόλουθη διαδικασία. Οι ροές RGB και YUV που λαμβάνονται απευθείας δεν διέρχονται από τον ISP.
• Ανάλυση και ρυθμός καρέ: Ελέγξτε τις απαιτήσεις κάθε μεμονωμένου αισθητήρα, στη συνέχεια επιβεβαιώστε τη συνδυασμένη λειτουργική λειτουργία όταν πολλές κάμερες λειτουργούν ταυτόχρονα. Το συνολικό φορτίο εργασίας πρέπει να παραμένει εντός του ορίου πραγματικού χρόνου επεξεργασίας του ISP.
• Συμβατότητα τροφοδοσίας: Ένας τυπικός αισθητήρας χρησιμοποιεί τρεις τροφοδοσίες: AVDD για την αναλογική κυκλωματική διάταξη, DVDD για τον ψηφιακό πυρήνα και DOVDD για το επίπεδο τάσης των εισόδων/εξόδων. Το MIPI PHY του RK3576 χρησιμοποιεί σταθερή τροφοδοσία 1,8 V, επομένως προτιμάται γενικώς αισθητήρας με DOVDD 1,8 V. Εάν το επίπεδο DOVDD του αισθητήρα δεν ταιριάζει με το επίπεδο τάσης I/O του I2C του host, μπορεί να προστεθεί μετατροπέας επιπέδου (level shifter) στον χαμηλής ταχύτητας δίαυλο ελέγχου. Δεν πρέπει να τοποθετηθεί εξωτερικός μετατροπέας επιπέδου στα υψηλής ταχύτητας διαφορικά σήματα MIPI. Το υλικό πρέπει να ακολουθεί την ακολουθία ενεργοποίησης και απενεργοποίησης που καθορίζει ο κατασκευαστής του αισθητήρα. Η λογισμική αρχικοποίηση εξαρτάται από αυτήν την ακολουθία· λανθασμένη χρονική στιγμή μπορεί να εμποδίσει την αρχικοποίηση του αισθητήρα ή τη δημιουργία εικόνας. Πρέπει επίσης να υπολογιστεί η κορυφαία τιμή του ρεύματος στις AVDD, DVDD και DOVDD, ώστε κάθε ενσωματωμένος LDO να διαθέτει επαρκή χωρητικότητα και περιθώριο σχεδιασμού.
• Λεωφόρειο ελέγχου: Επιβεβαιώστε τη διεύθυνση I2C του αισθητήρα. Για ένα σύστημα πολλαπλών καμερών, σχεδιάστε πώς θα χειριστείτε τις διπλές διευθύνσεις, είτε αλλάζοντας τις διευθύνσεις στο λογισμικό (όπου υποστηρίζεται) είτε χρησιμοποιώντας εξωτερικό διακόπτη I2C.
• Είσοδος ρολογιού: Το RK3576 παρέχει αρκετές ανεξάρτητα ρυθμιζόμενες εξόδους MCLK αισθητήρα. Κάθε ρολόι παράγεται από μία εσωτερική πηγή ρολογιού του SoC και δρομολογείται στον αισθητήρα μέσω ενός πολυπλεξόμενου GPIO· κάθε έξοδος μπορεί να ενεργοποιηθεί και να ρυθμιστεί ξεχωριστά. Το τυπικό εύρος ρύθμισης μέσω λογισμικού για μία MCLK είναι 6 έως 48 MHz. Αν ένας αισθητήρας απαιτεί ρολόι εκτός αυτού του εύρους, χρησιμοποιήστε αφιερωμένο εξωτερικό ταλαντωτή. Σε σχέδια πολλαπλών καμερών πρέπει επίσης να ελεγχθούν οι συγκρούσεις πολυπλεξόμενων ακροδεκτών.
• Σχεδιασμός τροφοδοσίας και θερμικής διαχείρισης: Οι αισθητήρες υψηλής ανάλυσης και υψηλού ρυθμού καρέ καταναλώνουν περισσότερη ισχύ. Αξιολογήστε το φορτίο ισχύος σε επίπεδο πλακέτας και τη θερμική διαδρομή του προϊόντος πριν από την τελική επικύρωση του υλικού.
• Έλεγχος φακού, φίλτρου IR-cut και φωτιστικού: Επιβεβαιώστε ότι είναι διαθέσιμοι επαρκείς πόροι GPIO για κάθε απαιτούμενο ενεργοποιητή και οδηγό.
• Συμβατότητα λειτουργίας HDR: Ο επεξεργαστής RK3576 υποστηρίζει DOL HDR, staggered HDR και multi-frame HDR. Πριν επιλέξετε αισθητήρα, επιβεβαιώστε ότι η μορφή δεδομένων HDR και ο χρονισμός του είναι συμβατοί με τον ISP και το VICAP του RK3576.

Όπου είναι δυνατόν, ξεκινήστε με αισθητήρα που έχει ήδη επαληθευτεί από την κοινότητα της πλατφόρμας ή από τον προμηθευτή του μοντέλου. Αυτό μπορεί να μειώσει σημαντικά τον κίνδυνο ανάπτυξης οδηγών και εκκίνησης.

Οι αισθητήρες που έχουμε ήδη ενσωματώσει περιλαμβάνουν τους Sony IMX415 (8 MP), IMX566 (8 MP), IMX678 (8 MP), IMX464 (4,1 MP) και IMX662 (2 MP), καθώς και τους onsemi AR0234 (2,3 MP) και OMNIVISION OG02C1B (2 MP). Εάν το έργο σας απαιτεί άλλον αισθητήρα εικόνας, επικοινωνήστε με το [email protected] για να συζητήσετε προσαρμοστική ενσωμάτωση και ρύθμιση.

Βασικά σημεία για τον σχεδιασμό PCB

• Δρομολόγηση MIPI CSI: Ελέγξτε τη διαφορική αντίσταση ώστε να είναι 100 ohms ±10%. Διατηρήστε την ανισότητα μήκους μεταξύ των αγωγών P/N σε κάθε διαφορικό ζεύγος κάτω των 5 mil και την ανισότητα μήκους μεταξύ διαδρομών (lanes) στην ίδια πύλη CSI κάτω των 200 mil. Δρομολογήστε τα σήματα MIPI μακριά από υψηλής ταχύτητας ρολόγια, DDR και ισχυρές γραμμές τροφοδοσίας. Μην τα δρομολογείτε πάνω από διαχωρισμούς (splits) στο επίπεδο αναφοράς. Διατηρήστε τις διαδρομές όσο το δυνατόν συντομότερες, προτιμητέα μήκους κάτω των 15 cm· όσο μεγαλύτερο το μήκος της διαδρομής, τόσο χαμηλότερος ο μέγιστος ρυθμός δεδομένων που μπορεί να διατηρηθεί αξιόπιστα.
• Το MCLK είναι ένα υψηλής ταχύτητας μονοκατευθυντικό ρολόι. Διατηρήστε απόσταση από τα διαφορικά ζεύγη MIPI και αποφύγετε μακριές παράλληλες διαδρομές για να μειώσετε την παρεμβολή (crosstalk).
• Διατηρήστε τις υψηλής ταχύτητας διαδρομές MIPI μακριά από ισχυρές πηγές θορύβου, όπως οι μετατροπείς τροφοδοσίας (switching power supplies) και οι λεωφόροι DDR, και παρέχετε αποτελεσματική θωράκιση και γείωση εκεί όπου το σχέδιο της διάταξης (layout) το απαιτεί.
• Φιλτράρισμα ισχύος: Τοποθετήστε πυκνωτές απόσυζεύξεως 0,1 μF και 1 μF κοντά σε κάθε ακροδέκτη τροφοδοσίας των αισθητήρων. Μπορεί να προστεθεί μια μαγνητική χάντρα στο AVDD για να απομονωθεί η αναλογική γραμμή από τον θόρυβο των ψηφιακών κυκλωμάτων.
• Οι αισθητήρες υψηλής ανάλυσης που λειτουργούν σε υψηλά πλαίσια ανά δευτερόλεπτο μπορούν να διασπούν σημαντική ισχύ. Η αύξηση της θερμοκρασίας μπορεί να αυξήσει τον θόρυβο της εικόνας και να προκαλέσει μετατόπιση χρωμάτων, επομένως η θερμική λύση πρέπει να αξιολογηθεί κατά το στάδιο του σχεδιασμού του υλικού, όχι μετά την εκκίνηση.
• Επανεξέταση πολυλειτουργικών ακροδεκτών: Ελέγξτε όλες τις αναθέσεις MIPI, DVP, I2C, MCLK και GPIO για συγκρούσεις λειτουργιών που μοιράζονται.

Λογισμικό και σωλήνας επεξεργασίας εικόνας

• Υλικοτεχνική επιτάχυνση: Ο RK3576 περιλαμβάνει έναν επιταχυντή 2D γραφικών RGA για λειτουργίες όπως η μετατροπή μορφής εικόνας (π.χ. YUV σε RGB), η κλιμάκωση και η περιστροφή. Η χρήση του RGA αντί για επεξεργασία με βάση την CPU μπορεί να μειώσει σημαντικά το φορτίο της CPU και είναι σημαντική για τη διατήρηση σταθερής λειτουργίας υψηλού πλαισίου ανά δευτερόλεπτο, όπως 1080p σε 30 fps.
• Σχεδιασμός ροής δεδομένων NPU: Όταν ένα μοντέλο τεχνητής νοημοσύνης εκτελείται στην ενσωματωμένη NPU των 6 TOPS του RK3576, μια τυπική διαδρομή περιλαμβάνει τη λήψη από κάμερα, την επεξεργασία από το ISP, τη μετατροπή μορφής και την κλιμάκωση με RGA, την εξαγωγή συμπερασμάτων από την NPU και την έξοδο στην οθόνη. Η καθυστέρηση σε κάθε στάδιο πρέπει να αξιολογηθεί κατά τον σχεδιασμό του συστήματος, ώστε να διασφαλιστεί ότι το τελικό προϊόν πληροί τον στόχο πραγματικού χρόνου.

Οι παρακάτω αναφορικές διαμορφώσεις δείχνουν πώς μπορούν να κατανεμηθούν οι διαθέσιμες διεπαφές κάμερας για αρκετές συνηθισμένες εφαρμογές.