RK3576-kamerakensoresiin liittyvän yhteensopivuusoppaan: Mitä tulee vahvistaa ennen laitteistosuunnittelua

RK3576-alustalla kamerakensoorin valinnassa ja laitteistosuunnittelussa useita kriittisiä seikkoja on sovittava ennen piirisuunnittelun aloittamista. Nämä päätökset vaikuttavat suoraan kuvanlaatuun ja laitteistosuunnittelun toteuttamismahdollisuuksiin.

RK3576:n CSI/PHY- ja ISP-rajoitukset

RK3576 tarjoaa joustavan kameraliittymäarkkitehtuurin, mutta konfiguraation on oltava suunniteltu projektin vaatimusten mukaan jo alusta lähtien.

Liittymätuki: SoC tukee sekä MIPI CSI-2- että DVP-kameraliittymiä, joista MIPI CSI-2 tarjoaa nykyisille suunnitteluprojekteille pääasiallisen edun.

RK3576 tarjoaa yhden C/D-PHY-liittymän, jossa on enintään neljä raitaa, sekä kaksi D-PHY-liittymää. Käytettävissä olevia PHY-resursseja voidaan konfiguroida joko kahdeksi 4-raittaiseksi D-PHY-portiksi tai neljäksi 2-raittaiseksi D-PHY-portiksi. Tämä mahdollistaa usean kameran käytön, mukaan lukien turvallisuus- ja robotiikkasovelluksissa yleisesti käytetyt moninäkökulmaiset järjestelmät.

Huomautukset:

• Monikameraratkaisussa fysikaaliset (PHY) ja kanavarajat on määriteltävä varhain.
• Yksi RK3576:n CSI-portti voidaan määrittää joko C-PHY- tai D-PHY-tilaan. D-PHY-tilassa se tukee enintään 4,5 Gbps:tä kanavaa kohden; C-PHY-tilassa se tukee enintään 2,5 Gsps:ää kolmikkoa kohden. Muut D-PHY-kanavat tukevat enintään 2,5 Gbps:tä kanavaa kohden. Käytännöllisessä laitteistosuunnittelussa on pidettävä noin 20 %:n kaistanleveys varauksessa. Kun tehollinen datanopeus lähestyy tai ylittää rajapinnan rajoituksen, vääristyneet kuvakehykset, pudonneet kuvakehykset ja muut kuvavirheet tulevat todennäköisemmiksi.
• SoC tukee myös perinteistä rinnakkaista DVP-kamerarajapintaa vanhemmille, alhaisemman resoluution sensoreille. Koska DVP- ja MIPI-toiminnallisuudet jakavat joitakin pinnioita, pinnien määrittely on tehtävä riittävän varhain, jotta resurssikonfliktit voidaan välttää.

RK3576:n ISP-määrittelyt ja käsittelyrajoitukset

• RK3576 sisältää yhden kovapohjaisen ISP-moottorin, joka tukee kuvankäsittelyä enintään 16 megapikseliin asti ja HDR-dynamiikkaläjettä enintään 120 dB:een. Kuitenkin monikamerajärjestelmässä useiden RAWE-kuvastruimien ohjaaminen ISP:n läpi tarkoittaa, että yhdistetty resoluutio ja tehollinen kuvataajuus rajoittuvat sekä ISP:n kapasiteettiin että MIPI CSI-2 -vastaanottokaistanleveyteen. Jos anturit tuottavat YUV-tiedot suoraan ja ohittavat ISP:n, päärajoitteet siirtyvät MIPI-liitännän kaistanleveyteen ja muistin kaistanleveyteen.

Esimerkki monikamerakonfiguraatiosta: 1 × 8 MP (4K, 30 kuvaa sekunnissa) + 2 × 2 MP (1080p, 30 kuvaa sekunnissa).

• Monikamerakäyttötapaukset vaativat myös varhaisen päätöksen kuvan synkronoinnista. Moninäkökulmainen kuvaus ja stereosuuntaus saattavat vaatia laitteistopohjaista VSYNC-synkronointia. Vahvista, otetaanko laitteistosynkronointi käyttöön ja onko SoC:lla riittävästi ulkoisia herätepinnejä suunnitellun kameramäärän kanssa.

Anturivalintatarkistuslista

• Tulostusliitäntä ja -tila: Vahvista, onko käytössä MIPI CSI-2 vai DVP sekä MIPI-kanavien lukumäärä (1, 2 tai 4 kanavaa).
• Tiedonmuoto: RK3576-alustalla VICAP-tulo tukee RAW-, RGB888- ja valittuja YUV-muotoja. Sisäänrakennettu ISP käsittelee RAW-tietoja ja muuntaa ne YUV-muotoon alapuoliseen käsittelyketjuun. Suoraan otetut RGB- ja YUV-virrat eivät kulje ISP:n läpi.
• Resoluutio ja kuvataajuus: Tarkista jokaisen yksittäisen anturin vaatimukset ja varmista sitten yhteistoimintatila, kun useita kameroita käytetään samanaikaisesti. Kokonaistyökuorma ei saa ylittää ISP:n reaaliaikaista käsittelykykyä.
• Virtalähteen yhteensopivuus: Tyypillinen anturi käyttää kolmea virtalähdettä: AVDD analogipiirejä varten, DVDD digitaalista ydintä varten ja DOVDD I/O-jännitetasoa varten. RK3576 MIPI PHY käyttää kiinteää 1,8 V:n virtalähdettä, joten 1,8 V:n anturin DOVDD on yleensä suositeltavaa. Jos anturin DOVDD-jännitetaso ei vastaa isäntälaitteen I2C I/O-jännitetasoa, alhaisen nopeuden ohjausbussiin voidaan lisätä tasonmuunnin. Älä asenna ulkoista tasonmuunninta korkean nopeuden MIPI-differentiaalisignaaleihin. Laitteiston on noudatettava anturin valmistajan määrittelemää virranotto- ja virrankatkaisujärjestystä. Ohjelmistoinen alustus riippuu tästä järjestyksestä; virheellinen ajoitus voi estää anturin alustamisen tai kuvan tuottamisen. Myös AVDD-, DVDD- ja DOVDD-virtojen huippuarvot on laskettava, jotta jokaisella laitteiston sisäisellä LDO:lla on riittävä kapasiteetti ja suunnittelumarginaali.
• Ohjausbussi: Vahvista anturin I2C-osoite. Monikamerajärjestelmässä suunnittele, miten samanlaiset osoitteet käsitellään – joko muuttamalla osoitteita ohjelmallisesti, jos tukia on saatavilla, tai käyttämällä ulkoista I2C-kytkintä.
• Kelloinput: RK3576 tarjoaa useita erikseen määriteltäviä anturien MCLK-tulosteita. Jokainen kello generoidaan sisäisestä SoC:n kellolähteestä ja ohjataan anturiin monitiepinnin kautta; jokainen tuloste voidaan ottaa käyttöön ja määrittää erikseen. Tyypillinen ohjelmallisesti määriteltävä alue yhdelle MCLK:lle on 6–48 MHz. Jos anturi vaatii kelloa tämän alueen ulkopuolelta, käytä erillistä ulkoista värähtelijää. Monikameraratkaisuja on myös tarkistettava pinnin monikäyttökonflikteja varten.
• Virta- ja lämmönjakosuunnittelu: Korkearesoluutioiset ja korkeataajuusiset anturit kuluttavat enemmän virtaa. Arvioi piirilevyn tasolla vaadittava tehotaso ja tuotteen lämmönjakopolku ennen kuin laitteisto lopullistetaan.
• Linssin, IR-kuutio-suodattimen ja valaisimen ohjaus: Varmista, että riittävästi GPIO-resursseja on käytettävissä jokaiselle vaaditulle aktuaattorille ja ajurille.
• HDR-tilan yhteensopivuus: RK3576 tukee DOL HDR:ta, aikatasapainotettua HDR:ta ja monikehys-HDR:ta. Ennen kuva-anturin valintaa varmista, että sen HDR-tiedomuoto ja ajoitus ovat yhteensopivia RK3576:n ISP:n ja VICAP:n kanssa.

Mahdollisuuksien mukaan aloita anturilla, jonka platform-yhteisö tai moduulitoimittaja on jo validoitu. Tämä voi merkittävästi vähentää ajurien kehityksen ja käynnistämisen riskejä.

Jo integroimamme anturit ovat Sony IMX415 (8 MP), IMX566 (8 MP), IMX678 (8 MP), IMX464 (4,1 MP) ja IMX662 (2 MP), sekä onsemi AR0234 (2,3 MP) ja OMNIVISION OG02C1B (2 MP). Jos projektisi vaatii toista kuvantunnistinta, ota yhteyttä osoitteeseen [email protected] keskustellaksesi räätälöidystä integroinnista ja säädöstä.

Tärkeimmät asiat piirilevyn suunnittelussa

• MIPI CSI -reititys: Ohjaa differentiaalinen impedanssi arvoon 100 ohmia ±10 %. Pidä P/N -pituusero jokaisessa differentiaaliparissa alle 5 mil, ja pidä radan välinen ero samassa CSI-portissa alle 200 mil. Reititä MIPI-signaalit pois korkean nopeuden kelloista, DDR:stä ja suuren virran virtapiireistä. Älä reititä niitä viivojen yli, jotka jakavat viitelevyä. Pidä johdot mahdollisimman lyhyinä, mieluiten alle 15 cm; mitä pidempi reitti, sitä pienempi on luotettavasti säilytettävissä oleva maksiminopeus.
• MCLK on korkean nopeuden yksittäinen kello. Säilytä etäisyys MIPI-differentiaalipareista ja vältä pitkiä rinnakkaisia kulkuja häiriöiden vähentämiseksi.
• Pidä korkean nopeuden MIPI-reitit pois voimakkailta kohinalähteiltä, kuten kytkentävirtalähteiltä ja DDR-bušeilta, ja varmista tehokas suojaus ja maadoitus siellä, missä piirilevyn asettelun vaatimukset sitä edellyttävät.
• Tehon suodatus: Aseta 0,1 µF ja 1 µF kytkeytyskondensaattorit mahdollisimman lähelle kunkin anturin virtalähteen pinniä. Analogiarajan erottamiseksi digitaalipiirien kohinasta voidaan lisätä ferriittihelmi AVDD-johdolle.
• Korkearesoluutioiset anturit, jotka toimivat korkealla kuvataajuudella, voivat hajottaa huomattavaa määrää tehoa. Lämpötilan nousu voi lisätä kuvakohinaa ja aiheuttaa värinsiirtymän, joten lämmönhallintaratkaisu on arvioitava laitteistosuunnittelun aikana, ei sen jälkeen, kun laite on otettu käyttöön.
• Pinnien monikäyttötoimintojen tarkistus: Tarkista kaikki MIPI-, DVP-, I2C-, MCLK- ja GPIO-liitännät mahdollisten yhteistoimintaristiriitojen varalta.

Ohjelmisto ja kuvankäsittelyputki

• Laitteistotietokoneistus: RK3576 sisältää RGA:n, 2D-grafiikkatietokoneen, joka suorittaa tehtäviä kuten kuvamuodon muunnoksia (esimerkiksi YUV → RGB), skaalausta ja kiertämistä. RGA:n käyttö CPU-pohjaisten prosessointimenetelmien sijaan voi merkittävästi vähentää CPU-kuormitusta, mikä on tärkeää vakaiden korkeataajuusten kuvatoimintojen, kuten 1080p 30 fps:n, ylläpitämisessä.
• NPU:n datavirran suunnittelu: Kun tekoälymalli suoritetaan RK3576:n integroidussa 6 TOPS:n NPU:ssa, tyypillinen polku on kameran kuvaus, ISP:n käsittely, RGA:n muotojenmuunnos ja skaalaus, NPU:n päättely sekä näytön tuloste. Jokaisen vaiheen viive pitää arvioida järjestelmän suunnitteluvaiheessa varmistaakseen, että kokonaisuus täyttää reaaliaikaiset vaatimuksensa.

Seuraavat viitekonfiguraatiot havainnollistavat, miten saatavilla olevia kameraliitäntöjä voidaan jakaa useissa yleisissä sovelluksissa.