Guida alla compatibilità del sensore della fotocamera RK3576: cosa verificare prima della progettazione hardware

Per la selezione del sensore della fotocamera e la progettazione hardware sulla piattaforma RK3576, diversi punti critici devono essere definiti prima dell’inizio del lavoro sugli schemi. Queste decisioni influenzano direttamente le prestazioni di acquisizione immagini e la fattibilità della progettazione hardware.

Vincoli relativi a CSI/PHY e ISP del RK3576

Il RK3576 offre un’architettura flessibile per l’interfaccia della fotocamera, ma la configurazione deve essere pianificata fin dall’inizio in base ai requisiti del progetto.

Supporto dell’interfaccia: il SoC supporta sia l’interfaccia della fotocamera MIPI CSI-2 che quella DVP; tuttavia, MIPI CSI-2 rappresenta attualmente il principale vantaggio per le nuove progettazioni.

Il RK3576 fornisce un’interfaccia C/D-PHY con un massimo di quattro corsie, oltre a due interfacce D-PHY. Le risorse PHY disponibili possono essere configurate come due porte D-PHY da quattro corsie ciascuna oppure come quattro porte D-PHY da due corsie ciascuna. Ciò rende possibile la progettazione di sistemi con più fotocamere, inclusi i sistemi multivista comunemente utilizzati nelle applicazioni di sicurezza e robotica.

Note:

• Per una progettazione con più telecamere, assegnare anticipatamente le risorse PHY e i collegamenti (lane). Un singolo sensore non può estendersi su due PHY.
• Una porta CSI RK3576 è configurabile come C-PHY o D-PHY. In modalità D-PHY supporta fino a 4,5 Gbps per lane; in modalità C-PHY supporta fino a 2,5 Gsps per trio. I restanti canali D-PHY supportano fino a 2,5 Gbps per lane. Una progettazione hardware pratica dovrebbe prevedere una riserva di larghezza di banda pari a circa il 20%. Quando la velocità effettiva dei dati si avvicina o supera il limite dell’interfaccia, aumenta la probabilità di fotogrammi corrotti, fotogrammi persi e altri difetti nell’immagine.
• Il SoC supporta inoltre un’interfaccia parallela per telecamere DVP, destinata a sensori obsoleti e a bassa risoluzione. Poiché le funzioni DVP e MIPI condividono alcuni pin, l’assegnazione dei pin deve essere definita con sufficiente anticipo per evitare conflitti di risorse.

Specifiche e limiti di elaborazione dell’ISP RK3576

• L’RK3576 integra un singolo motore hardware ISP che supporta l’elaborazione di immagini fino a 16 MP e un intervallo dinamico HDR fino a 120 dB. In un sistema multi-camera, tuttavia, instradare diversi flussi RAW attraverso l’ISP implica che la risoluzione combinata e la frequenza fotogrammi effettiva siano limitate sia dalla capacità dell’ISP sia dalla larghezza di banda di ricezione MIPI CSI-2. Se i sensori emettono direttamente YUV, bypassando l’ISP, i principali vincoli diventano la larghezza di banda dell’interfaccia MIPI e la larghezza di banda della memoria.

Esempio di configurazione multi-camera: 1 × 8 MP (4K a 30 fps) + 2 × 2 MP (1080p a 30 fps).

• Le applicazioni multi-camera richiedono inoltre una decisione tempestiva sulla sincronizzazione dei fotogrammi. L’acquisizione multi-vista e la misurazione stereo potrebbero richiedere una sincronizzazione hardware VSYNC. Verificare se la sincronizzazione hardware sarà abilitata e se l’SoC dispone di un numero sufficiente di pin di trigger esterni per il numero previsto di telecamere.

Checklist per la selezione dei sensori

• Interfaccia e modalità di uscita: verificare se MIPI CSI-2 o DVP, nonché il numero di lane MIPI (1, 2 o 4 lane).
• Formato dati: sulla piattaforma RK3576, l’ingresso VICAP supporta i formati RAW, RGB888 e alcuni formati YUV. L’ISP integrato elabora i dati RAW e li converte in YUV per la pipeline successiva. I flussi RGB e YUV acquisiti direttamente non passano attraverso l’ISP.
• Risoluzione e frequenza dei fotogrammi: verificare i requisiti di ciascun sensore individuale, quindi convalidare la modalità operativa combinata quando più telecamere funzionano contemporaneamente. Il carico di lavoro totale deve rimanere entro il limite di elaborazione in tempo reale dell’ISP.
• Compatibilità della tensione di alimentazione: un sensore tipico utilizza tre alimentazioni: AVDD per la circuitazione analogica, DVDD per il nucleo digitale e DOVDD per il livello di tensione di ingresso/uscita. Il PHY MIPI RK3576 utilizza un’alimentazione fissa da 1,8 V, quindi in genere è preferibile un sensore con DOVDD a 1,8 V. Se il livello DOVDD del sensore non corrisponde al livello di ingresso/uscita I2C dell’host, è possibile inserire uno shift level sul bus di controllo a bassa velocità. Non inserire uno shift level esterno sui segnali differenziali MIPI ad alta velocità. L’hardware deve rispettare la sequenza specificata dal produttore del sensore per l’accensione e lo spegnimento. L’inizializzazione software dipende da tale sequenza; un timing errato può impedire l’inizializzazione del sensore o la generazione di un’immagine. È inoltre necessario calcolare la corrente di picco su AVDD, DVDD e DOVDD, affinché ciascun regolatore LDO integrato disponga di capacità sufficiente e di un margine progettuale adeguato.
• Bus di controllo: Confermare l'indirizzo I2C del sensore. Per un sistema multi-camera, pianificare come gestire gli indirizzi duplicati, modificandoli nel software (ove supportato) oppure utilizzando un interruttore I2C esterno.
• Ingresso clock: L'RK3576 offre diverse uscite MCLK per sensori, configurabili indipendentemente. Ciascun clock viene generato da una sorgente interna di clock del SoC e instradato al sensore tramite un GPIO multiplexato; ogni uscita può essere abilitata e configurata separatamente. L'intervallo tipico configurabile via software per un singolo MCLK è compreso tra 6 e 48 MHz. Se un sensore richiede un clock al di fuori di tale intervallo, utilizzare un oscillatore esterno dedicato. Nei progetti multi-camera va inoltre verificata la presenza di conflitti legati alla multiplexazione dei pin.
• Progettazione dell'alimentazione e della gestione termica: Sensori ad alta risoluzione e ad elevata frequenza di aggiornamento assorbono maggiore potenza. Valutare il carico di potenza a livello di scheda e il percorso termico del prodotto prima della definitiva convalida hardware.
• Controllo dell’obiettivo, del filtro IR-cut e dell’illuminatore: verificare che siano disponibili risorse GPIO sufficienti per ogni attuatore e driver richiesto.
• Compatibilità della modalità HDR: l’RK3576 supporta DOL HDR, HDR a scatto (staggered HDR) e HDR multi-frame. Prima di selezionare un sensore, verificare che il suo formato dati HDR e i tempi siano compatibili con l’ISP e il VICAP dell’RK3576.

Ove possibile, iniziare con un sensore già convalidato dalla comunità della piattaforma o dal fornitore del modulo. Ciò può ridurre in modo significativo i rischi legati allo sviluppo del driver e all’avvio del sistema.

I sensori già integrati includono Sony IMX415 (8 MP), IMX566 (8 MP), IMX678 (8 MP), IMX464 (4,1 MP), IMX662 (2 MP), nonché onsemi AR0234 (2,3 MP) e OMNIVISION OG02C1B (2 MP). Se il progetto richiede un altro sensore d’immagine, contattare [email protected] per discutere l’integrazione personalizzata e la taratura.

Punti chiave per la progettazione della scheda PCB

• Instradamento MIPI CSI: controllare l'impedenza differenziale a 100 ohm ±10%. Mantenere lo squilibrio di lunghezza tra i conduttori P/N all'interno di ogni coppia differenziale inferiore a 5 mil e lo squilibrio tra le piste dello stesso porto CSI inferiore a 200 mil. Instradare i segnali MIPI lontano da orologi ad alta velocità, da bus DDR e da tracce di alimentazione ad alta corrente. Non instradarli attraverso interruzioni nel piano di riferimento. Mantenere le piste il più corte possibile, preferibilmente inferiori a 15 cm; maggiore è la lunghezza dell’instradamento, minore sarà la massima velocità dati che potrà essere mantenuta in modo affidabile.
• MCLK è un orologio ad alta velocità a singola estremità. Mantenere una distanza adeguata dalle coppie differenziali MIPI ed evitare tratti paralleli prolungati per ridurre la diafonia.
• Mantenere gli instradamenti ad alta velocità MIPI lontano da forti sorgenti di rumore, quali alimentatori switching e bus DDR, e prevedere una schermatura efficace e un collegamento a terra appropriato laddove richiesto dal layout.
• Filtraggio dell'alimentazione: posizionare condensatori di by-pass da 0,1 µF e 1 µF in prossimità di ciascun pin di alimentazione dei sensori. Un'induttanza a ferrite può essere aggiunta su AVDD per isolare la linea analogica dal rumore dei circuiti digitali.
• Sensori ad alta risoluzione che operano ad elevate frequenze di fotogrammi possono dissipare una notevole quantità di potenza. L'aumento della temperatura può incrementare il rumore dell'immagine e causare uno spostamento cromatico; pertanto, la soluzione termica deve essere valutata durante la progettazione hardware, non dopo l'attivazione del sistema.
• Revisione della multiplexing dei pin: verificare tutti gli assegnamenti MIPI, DVP, I2C, MCLK e GPIO per eventuali conflitti tra funzioni condivise.

Software e pipeline di elaborazione dell'immagine

• Accelerazione hardware: l'RK3576 include un acceleratore grafico 2D RGA per operazioni quali la conversione del formato immagine (ad esempio, da YUV a RGB), il ridimensionamento e la rotazione. L'utilizzo di RGA invece di un'elaborazione basata sulla CPU può ridurre significativamente il carico della CPU ed è fondamentale per mantenere un'operazione stabile ad alta frequenza di fotogrammi, come 1080p a 30 fps.
• Pianificazione del flusso di dati NPU: quando un modello di intelligenza artificiale viene eseguito sull'NPU integrata da 6 TOPS del RK3576, un percorso tipico è l’acquisizione da telecamera, l’elaborazione ISP, la conversione di formato e il ridimensionamento tramite RGA, l’inferenza NPU e l’output sul display. La latenza in ogni fase deve essere valutata durante la progettazione del sistema per garantire che il prodotto finale soddisfi l’obiettivo di tempo reale.

Le seguenti configurazioni di riferimento illustrano come allocare le interfacce per telecamera disponibili per diverse applicazioni comuni.