راهنمای سازگاری حسگر دوربین RK3576: چه مواردی را پیش از طراحی سخت‌افزار باید تأیید کنید

برای انتخاب سنسور دوربین و طراحی سخت‌افزار روی پلتفرم RK3576، چند نکتهٔ حیاتی باید پیش از آغاز کار روی شماتیک نهایی‌سازی شوند. این تصمیمات مستقیماً بر عملکرد تصویربرداری و امکان‌پذیری طراحی سخت‌افزار تأثیر می‌گذارند.

محدودیت‌های CSI/PHY و ISP در RK3576

RK3576 معماری انعطاف‌پذیری برای رابط دوربین ارائه می‌دهد، اما پیکربندی آن باید از ابتدا با توجه به نیازهای پروژه برنامه‌ریزی شود.

پشتیبانی از رابط: این SoC از رابط‌های دوربین MIPI CSI-2 و DVP هر دو پشتیبانی می‌کند؛ با این حال، MIPI CSI-2 مزیت اصلی را برای طراحی‌های کنونی فراهم می‌سازد.

RK3576 یک رابط C/D-PHY با حداکثر چهار لِین و همچنین دو رابط D-PHY ارائه می‌دهد. منابع PHY موجود را می‌توان به‌صورت دو پورت D-PHY ۴‌لِینی یا چهار پورت D-PHY ۲‌لِینی پیکربندی کرد. این امکان را فراهم می‌سازد تا طرح‌های چنددوربینی — از جمله سیستم‌های چندنما که معمولاً در کاربردهای امنیتی و رباتیک استفاده می‌شوند — پیاده‌سازی شوند.

نکات:

• برای طراحی چند دوربینی، منابع فیزیکی (PHY) و لانه‌ها را در ابتدا تخصیص دهید. یک سنسور تکی نمی‌تواند روی دو PHY گسترش یابد.
• یک پورت CSI RK3576 قابل پیکربندی به‌عنوان C-PHY یا D-PHY است. در حالت D-PHY، حداکثر ظرفیت هر لانه ۴٫۵ گیگابیت بر ثانیه است؛ و در حالت C-PHY، حداکثر ظرفیت هر تریو ۲٫۵ گیگاسامپل بر ثانیه است. سایر کانال‌های D-PHY حداکثر ظرفیت ۲٫۵ گیگابیت بر ثانیه در هر لانه را پشتیبانی می‌کنند. در یک طراحی سخت‌افزاری عملی، باید حدود ۲۰ درصد از پهنای باند را به‌صورت ذخیره‌شده نگه داشت. هنگامی که نرخ مؤثر داده‌ها به حد مجاز رابط نزدیک شود یا از آن فراتر رود، احتمال بروز قاب‌های خراب، قاب‌های افتاده و سایر عیوب تصویر افزایش می‌یابد.
• SoC همچنین از رابط دوربین موازی DVP برای سنسورهای قدیمی‌تر و با وضوح پایین‌تر پشتیبانی می‌کند. از آنجا که عملکردهای DVP و MIPI برخی از پین‌ها را با هم به اشتراک می‌گذارند، تخصیص پین‌ها باید به‌اندازه کافی زودتر نهایی شود تا از تداخل منابع جلوگیری شود.

مشخصات ISP و محدودیت‌های پردازشی RK3576

• آرک‌۳۵۷۶ یک موتور تک‌سخت‌افزاری پردازش تصویر (آی‌اس‌پی) را ادغام کرده است که پردازش تصویر تا ۱۶ مگاپیکسل و دامنه پویایی اچ‌دی‌آر تا ۱۲۰ دسی‌بل را پشتیبانی می‌کند. با این حال، در سیستم‌های چنددوربینی، هدایت چند جریان خام (راو) از طریق آی‌اس‌پی به این معناست که وضوح ترکیبی و نرخ فریم مؤثر توسط ظرفیت آی‌اس‌پی و پهنای باند دریافت‌کننده می‌پی‌آی سی‌اس‌آی-۲ محدود می‌شوند. اگر سنسورها مستقیماً خروجی یووی را ارائه دهند و از آی‌اس‌پی عبور کنند، محدودیت‌های اصلی به پهنای باند رابط می‌پی‌آی و پهنای باند حافظه منتقل می‌شوند.

نمونه پیکربندی چنددوربینی: ۱ دوربین ۸ مگاپیکسلی (۴کی با نرخ ۳۰ فریم بر ثانیه) + ۲ دوربین ۲ مگاپیکسلی (۱۰۸۰پی با نرخ ۳۰ فریم بر ثانیه).

• کاربردهای چنددوربینی همچنین نیازمند تصمیم‌گیری زودهنگام درباره همگام‌سازی فریم‌ها هستند. ثبت چندزاویه‌ای و اندازه‌گیری فاصله‌سنجی استریو ممکن است نیازمند همگام‌سازی سخت‌افزاری وی‌سینک باشند. لطفاً تأیید کنید که آیا همگام‌سازی سخت‌افزاری فعال خواهد شد یا خیر و آیا سوکِت دارد که تعداد پین‌های تحریک خارجی کافی برای تعداد دوربین‌های پیش‌بینی‌شده را فراهم کند.

فهرست بازرسی انتخاب سنسور

• رابط خروجی و حالت کاری: تأیید کنید که آیا رابط خروجی می‌پی‌آی سی‌اس‌آی-۲ یا دی‌وی‌پی است و همچنین تعداد لانه‌های می‌پی‌آی (۱، ۲ یا ۴ لانه) را مشخص کنید.
• قالب داده‌ها: در پلتفرم RK3576، ورودی VICAP از فرمت‌های RAW، RGB888 و برخی فرمت‌های YUV پشتیبانی می‌کند. پردازندهٔ داخلی ISP داده‌های RAW را پردازش کرده و آن‌ها را به YUV تبدیل می‌کند تا در خط لولهٔ بعدی استفاده شوند. جریان‌های RGB و YUV که مستقیماً ثبت می‌شوند، از ISP عبور نمی‌کنند.
• وضوح و نرخ فریم: نیازمندی‌های هر سنسور را بررسی کنید، سپس حالت عملیاتی ترکیبی را هنگامی که چند دوربین به‌صورت همزمان فعال هستند، اعتبارسنجی کنید. بار کلی کار باید در محدودهٔ ظرفیت پردازش بلادرنگ ISP باقی بماند.
• سازگاری ریل توان: یک سنسور معمولی از سه منبع تغذیه استفاده می‌کند: AVDD برای مدارهای آنالوگ، DVDD برای هسته دیجیتال و DOVDD برای سطح ولتاژ ورودی/خروجی. فیزیکی MIPI RK3576 از یک منبع تغذیه ثابت ۱٫۸ ولتی استفاده می‌کند، بنابراین معمولاً سنسوری با DOVDD برابر با ۱٫۸ ولت ترجیح داده می‌شود. اگر سطح DOVDD سنسور با سطح ورودی/خروجی I2C میزبان مطابقت نداشته باشد، می‌توان یک تبدیل‌کننده سطح (level shifter) به این اتصال کنترلی کم‌سرعت اضافه کرد. هرگز یک تبدیل‌کننده سطح خارجی را روی سیگنال‌های دیفرانسیلی MIPI با سرعت بالا قرار ندهید. سخت‌افزار باید ترتیب روشن و خاموش شدن توان را مطابق با مشخصات ارائه‌شده توسط سازنده سنسور رعایت کند. راه‌اندازی نرم‌افزاری وابسته به این ترتیب است؛ زمان‌بندی نادرست ممکن است مانع از راه‌اندازی سنسور یا تولید تصویر شود. جریان اوج در AVDD، DVDD و DOVDD نیز باید محاسبه شود تا اطمینان حاصل شود که هر LDO داخلی ظرفیت کافی و حاشیه طراحی لازم را دارد.
• اتصال‌دهندهٔ کنترلی: آدرس I2C سنسور را تأیید کنید. برای سیستم‌های چنددوربینی، روش مدیریت آدرس‌های تکراری را برنامه‌ریزی کنید؛ یا با نرم‌افزار (در صورت پشتیبانی) آدرس‌ها را تغییر دهید یا از یک سوئیچ خارجی I2C استفاده کنید.
• ورودی ساعت: تراشهٔ RK3576 چندین خروجی MCLK قابل پیکربندی مستقل برای سنسورها فراهم می‌کند. هر ساعت از یک منبع ساعت داخلی SoC تولید شده و از طریق یک پایهٔ GPIO چندکاره به سنسور هدایت می‌شود؛ هر خروجی را می‌توان به‌صورت جداگانه فعال و پیکربندی کرد. محدودهٔ معمولی قابل تنظیم نرم‌افزاری برای یک MCLK بین ۶ تا ۴۸ مگاهرتز است. اگر سنسوری نیازمند ساعتی خارج از این محدوده باشد، از یک نوسان‌ساز خارجی اختصاصی استفاده کنید. در طراحی‌های چنددوربینی، تعارض‌های ناشی از اشتراک‌گذاری پایه‌ها نیز باید بررسی شوند.
• طراحی تأمین توان و حرارتی: سنسورهای با وضوح و نرخ فریم بالا مصرف توان بیشتری دارند. قبل از نهایی‌شدن سخت‌افزار، بار توانی سطح برد و مسیر انتقال حرارت محصول را ارزیابی کنید.
• کنترل لنز، فیلتر قطع اینفرارُد و روشن‌کننده: تأیید اینکه منابع GPIO کافی برای هر اکچوئیتور و درایور مورد نیاز موجود است.
• سازگانی حالت HDR: تراشه RK3576 از HDR نوع DOL، HDR نوع staggered و HDR چندفریمی پشتیبانی می‌کند. پیش از انتخاب سنسور، سازگانی فرمت داده‌های HDR و زمان‌بندی آن با ISP و VICAP تراشه RK3576 را تأیید کنید.

در صورت امکان، با سنسوری آغاز کنید که قبلاً توسط جامعه پلتفرم یا تأمین‌کننده ماژول تأیید شده است. این امر خطر توسعه درایور و راه‌اندازی را به‌طور قابل توجهی کاهش می‌دهد.

سنسورهایی که قبلاً ادغام کرده‌ایم شامل Sony IMX415 (۸ مگاپیکسل)، IMX566 (۸ مگاپیکسل)، IMX678 (۸ مگاپیکسل)، IMX464 (۴/۱ مگاپیکسل)، IMX662 (۲ مگاپیکسل)، همچنین onsemi AR0234 (۲/۳ مگاپیکسل) و OMNIVISION OG02C1B (۲ مگاپیکسل) می‌شوند. اگر پروژه شما نیازمند سنسور تصویر دیگری است، جهت بحث درباره ادغام و تنظیم سفارشی، با [email protected] تماس بگیرید.

نکات کلیدی طراحی برد مدار چاپی

• مسیریابی MIPI CSI: کنترل امپدانس دیفرانسیل را در ۱۰۰ اهم با تورفتگی ±۱۰٪ نگه دارید. اختلاف طول بین سیگنال‌های مثبت و منفی در هر جفت دیفرانسیل را کمتر از ۵ میل و اختلاف طول بین خطوط مختلف در یک پورت CSI واحد را کمتر از ۲۰۰ میل حفظ کنید. سیگنال‌های MIPI را از ساعت‌های پرسرعت، DDR و مسیرهای تغذیه با جریان بالا دور نگه دارید. از عبور آن‌ها از شکاف‌های موجود در صفحه مرجع خودداری کنید. طول مسیرها را تا حد امکان کوتاه نگه دارید؛ ترجیحاً کمتر از ۱۵ سانتی‌متر. هرچه مسیر بلندتر باشد، بیشینه نرخ داده‌ای که به‌صورت قابل اعتماد قابل حفظ است، کمتر می‌شود.
• MCLK یک ساعت تک‌-ended پرسرعت است. فاصله مناسبی از جفت‌های دیفرانسیل MIPI رعایت کنید و از اجرای موازی طولانی برای کاهش تداخل متقابل خودداری نمایید.
• مسیرهای پرسرعت MIPI را از منابع قوی نویز مانند منابع تغذیه سوئیچینگ و اتوبوس‌های DDR دور نگه دارید و در نقاطی که طراحی نیازمند آن است، محافظت و زمین‌کردن مناسب فراهم کنید.
• فیلتر کردن توان: خازنهای رفع نویز 0.1 µF و 1 µF را نزدیک به هر پین تغذیه سنسور قرار دهید. می‌توان یک مغزی فریتی روی AVDD اضافه کرد تا ریل آنالوگ را از نویز مدار دیجیتال جدا کند.
• سنسورهای با وضوح بالا که در نرخ‌های فریم بالا کار می‌کنند می‌توانند توان قابل توجهی تلف کنند. افزایش دما ممکن است نویز تصویر را افزایش داده و باعث تغییر رنگ شود، بنابراین راه‌حل حرارتی باید در طول طراحی سخت‌افزار و نه پس از راه‌اندازی اولیه ارزیابی شود.
• بررسی چندگانه‌سازی پین: تمام تخصیص‌های MIPI، DVP، I2C، MCLK و GPIO را برای تعارضات توابع مشترک بررسی کنید.

نرم‌افزار و خط لوله پردازش تصویر

• شتاب‌دهی سخت‌افزاری: RK3576 شامل یک شتاب‌دهنده گرافیکی 2D RGA برای عملیاتی مانند تبدیل فرمت تصویر (برای مثال، YUV به RGB)، مقیاس‌بندی و چرخش است. استفاده از RGA به جای پردازش مبتنی بر CPU می‌تواند بار پردازشی CPU را به‌طور قابل توجهی کاهش داده و برای حفظ عملکرد پایدار با نرخ فریم بالا، مانند 1080p در 30 فریم بر ثانیه، مهم است.
• برنامه‌ریزی جریان داده‌های واحدهای پردازش عصبی: هنگام اجرای یک مدل هوش مصنوعی روی واحد پردازش عصبی ۶ تراپسیکلی درونی RK3576، مسیر معمول شامل دریافت تصویر از دوربین، پردازش توسط واحد ISP، تبدیل فرمت و مقیاس‌گذاری توسط RGA، استنتاج توسط واحد NPU و نمایش خروجی است. باید تأخیر در هر مرحله در طول طراحی سیستم ارزیابی شود تا اطمینان حاصل شود که محصول نهایی به هدف زمان واقعی خود دست یافته است.

پیکربندی‌های مرجع زیر نشان می‌دهند که رابط‌های دوربین موجود چگونه می‌توانند برای چندین کاربرد رایج تخصیص داده شوند.