מדריך תאימות חיישן מצלמה ל-RK3576: מה לאשר לפני תכנון החומרה

לבחירת חיישן המצלמה ולעיצוב החומרה על פלטפורמת ה-RK3576, יש לקבוע מספר נקודות קריטיות עוד לפני תחילת העבודה על הסכימה. החלטות אלו משפיעות ישירות על ביצועי הצילום ועל האפשרות הטכנית לעצב את החומרה.

מגבלות של CSI/PHY ו-ISP ב-RK3576

פלטפורמת ה-RK3576 מציעה ארכיטקטורת ממשק מצלמה גמישה, אך יש לתכנן את התצורה מראש בהתאם לדרישות הפרויקט.

תמיכה בממשקים: ה-SoC תומך בשני ממשקים לחיישני מצלמה – MIPI CSI-2 ו-DVP, כאשר MIPI CSI-2 מספק את היתרונות העיקריים בעיצובים הנוכחית.

ה-RK3576 מציע ממשק אחד מסוג C/D-PHY עם עד ארבעה קווים, וכן שני ממשקים מסוג D-PHY. משאבים אלו ניתנים להגדרה כשני יציאות D-PHY עם ארבעה קווים כל אחת, או כארבע יציאות D-PHY עם שני קווים כל אחת. בכך אפשר לתכנן מערכות מרובה מצלמות, כולל מערכות ראייה מרובה הנפוצות ביישומים בתחום הביטחון והרובוטיקה.

הערות:

• במערכת בעלת תכנון מרובה מצלמות, יש לשייך מראש את משאבי ה־PHY ואת מסלולי התמסורת.
• יציאת ה־CSI של RK3576 אחת ניתנת לתיקון כ־C-PHY או כ־D-PHY. במצב D-PHY היא תומכת בקצב עד 4.5 ג'יגה-ביט לשנייה למסלול; במצב C-PHY היא תומכת בקצב עד 2.5 ג'יגה-סימבול לשנייה לטריו. יתר ערוצי ה־D-PHY תומכים בקצב עד 2.5 ג'יגה-ביט לשנייה למסלול. בתכנון חומרה מעשי יש לשמור שיעור של כ־20% מהרוחב פס הזמין כמגף. כאשר קצב הנתונים האפקטיבי מתקרב או עולה על הגבול המרבי של הממשק, סיכויים גבוהים יותר להופעת פריימים פגומים, איבוד פריימים ותקלות אחרות בתמונה.
• מעבד ה־SoC תומך גם בממשק מצלמה מקבילי מסוג DVP לסנסורים ישנים ולנמוכי רזולוציה. מאחר שפונקציות ה־DVP וה־MIPI משתפות חלק מהפינים, יש לקבוע את הקצאת הפינים מוקדם מספיק כדי למנוע סכסוכים על משאבים.

מאפייני ISP של RK3576 וגדרות עיבוד

• ה־RK3576 משלב מנוע ISP חומרתי יחיד שמתמוך בעיבוד תמונות עד 16 מגה־פיקסלים וטווח דינמי HDR עד 120 דציבלים. עם זאת, במערכת רב־מצלמות, העברת מספר זרמים של נתוני RAW דרך ה־ISP פירושה שהרזולוציה המשולבת וקצב הפריימים האפקטיבי מוגבלים הן על ידי קיבולת ה־ISP והן על ידי רוחב הפס של קבלת MIPI CSI-2. אם החיישנים מפיקים יישירות פורמט YUV ועוקפים את ה־ISP, המגבלות העיקריות עוברות לרוחב הפס של ממשק MIPI ולרוחב הפס של הזיכרון.

דוגמה להגדרת מערכת רב־מצלמות: 1 × 8 מגה־פיקסלים (4K ב־30 פריימים לשנייה) + 2 × 2 מגה־פיקסלים (1080p ב־30 פריימים לשנייה).

• יישומים רב־מצלמות דורשים גם החלטה מוקדמת על סנכרון פריימים. לכידת תצוגות מרובות ומדידת טווח סטריאוסקופית עשויות לדרוש סנכרון חומרתי של VSYNC. יש לאשר האם הסנכרון החומרתי יופעל, וכן האם ה־SoC כולל מספיק פינים חיצוניים לטריגר עבור מספר המצלמות המתוכנן.

רשימת ביקורת לבחירת חיישנים

• ממשק פלט וếש: לאשר האם используется MIPI CSI-2 או DVP, וכן את מספר הערוצים של MIPI (1, 2 או 4 ערוצים).
• תבנית הנתונים: בפלטפורמה של RK3576, הקלט של VICAP תומך בפורמטים RAW, RGB888 ובחירת פורמטים YUV. ה-ISP המובנה מעבד נתונים מסוג RAW וממיר אותם ל-YUV עבור צינור העיבוד הבא. זרמי RGB ו-YUV שנלכדו ישירות לא עוברים דרך ה-ISP.
• הפרמטרים של הרזולוציה וקצב הפריימים: יש לבדוק את הדרישות של כל חיישן בנפרד, ולאחר מכן לאמת את מצב הפעולה המשולב כאשר מספר מצלמות פועלות בו זמנית. עומס העבודה הכולל חייב להישאר בתוך הגבול של עיבוד בזמן אמת של ה-ISP.
• תאימות מתחי ההזנה: חיישן טיפוסי משתמש בשלושה מקורות מתח: AVDD למעגלים האנלוגיים, DVDD ללב האלקטרוני הדיגיטלי ו-DOVDD לרמת מתח הכניסה/יציאה. פיזיקת MIPI של RK3576 משתמשת במתח קבוע של 1.8 וולט, ולכן מומלץ בדרך כלל להשתמש ב-DOVDD של 1.8 וולט עבור החיישן. אם רמת המתח של DOVDD של החיישן אינה תואמת את רמת מתח I2C של המארח, ניתן להוסיף ממיר רמות לקו הבקרה נמוך המהירות. אין להתקין ממיר רמות חיצוני על אותות MIPI הדיפרנציאליים בעלי המהירות הגבוהה. החומרה חייבת לעקוב אחר סדר ההפעלה והכיבוי שצוין על ידי יצרן החיישן. האתחול התוכנתי תלוי בסדר זה; אי-התאמה בזמן עלולה למנוע מהחיישן להתחל או לייצר תמונה. יש גם לחשב את הזרם השיאי על AVDD, DVDD ו-DOVDD כדי שכל LDO פנימי יהיה בעל קיבולת מספקת ושיעור בטיחות מתוכנן.
• אשכול בקרה: לאשר את כתובת ה-I2C של החיישן. עבור מערכת עם מספר מצלמות, לתכנן כיצד להתמודד עם כתובות כפולות, על ידי שינוי הכתובות בתוכנה (כאשר נתמך) או באמצעות מתג I2C חיצוני.
• קלט שעון: ה-RK3576 מספק מספר פלטים של MCLK לחיישנים שניתן להגדיר בנפרד. כל שעון נוצר ממصدر שעון פנימי של ה-SoC ומועבר לחיישן דרך GPIO מרובה; כל פלט ניתן להפעיל ולהגדרה בנפרד. הטווח הניתן להגדרה בתוכנה עבור MCLK אחד הוא בדרך כלל 6–48 MHz. אם חיישן דורש שעון מחוץ לטווח זה, יש להשתמש באוסצילטור חיצוני מיועד. בנוסף, לעיצובים עם מספר מצלמות יש לבדוק התנגשויות בהקצאת פינים.
• עיצוב הספק וחום: חיישנים ברזולוציה גבוהה ובקצב פריימים גבוה צורכים יותר ספק. יש להעריך את עומס הספק ברמת הלוח ואת הנתיב החום של המוצר לפני שהחומרה נקבעת סופית.
• בקרת עדשה, מסנן IR-cut ומגבה: לאשר שקיים מספר מספיק של מקורות GPIO עבור כל מפעיל ונמען הנדרשים.
• תאימות למצב HDR: ה-RK3576 תומך ב-DOL HDR, ב-HDR מדורג וב-HDR מרובה-מסגרות. לפני בחירת חיישן, יש לאשר שתבנית הנתונים והזמנים שלו ב-HDR תואמים ל-ISP ול-VICAP של ה-RK3576.

במידה האפשרית, להתחיל עם חיישן שכבר אושר על ידי קהילת הפלטפורמה או ספק המודול. זה יכול לצמצם באופן משמעותי את הסיכונים בפיתוח הנהגים ובהתנעה הראשונית.

החיישנים שאינטגרנו כבר כוללים את סוני IMX415 (8 MP), IMX566 (8 MP), IMX678 (8 MP), IMX464 (4.1 MP) ו-IMX662 (2 MP), וכן את onsemi AR0234 (2.3 MP) ואת OMNIVISION OG02C1B (2 MP). אם הפרויקט שלכם דורש חיישן תמונה אחר, יש ליצור קשר עם [email protected] כדי לדון באינטגרציה ובסידור מותאמים.

נקודות מפתח לעיצוב PCB

• נתיבי MIPI CSI: לשלוט בהתנגדות דיפרנציאלית ל-100 אום ±10%. לשמור על אי-התאמה באורכים של הזרמים החיובי והשלילי (P/N) בתוך כל זוג דיפרנציאלי בפחות מ-5 מיל, ולשמור על אי-התאמה בין מסילות בתוך אותו פורט CSI בפחות מ-200 מיל. לכוון את אותות MIPI רחוק ממזמנים מהירים, ממשק DDR ומסילות כוח בעוצמה גבוהה. לא לכוון אותם מעבר לפיצולים במישור התייחסות. לשמור על המסילות קוצרות ככל האפשר, עדיף תחת 15 ס"מ; ככל שהנתיב ארוך יותר, כך יורד הקצב המרבי של נתוני הטרנספר שניתן להחזיק באופן אמין.
• MCLK הוא מזמן חד-קוטבי מהיר. לשמור על מרחק מזוגות MIPI הדיפרנציאליים ולמנוע ריצות מקבילות ארוכות כדי לצמצם חיבור צולב.
• לשמור על נתיבי MIPI מהירים רחוק ממקורות רעש חזקים כגון ממירים חשמליים ומחסני DDR, ולספק שיתוף מגן וארקה תקינה כאשר ערכת המעגל דורשת זאת.
• סינון הספק: להניח קondenסטורים של 0.1 מיקרו-פרד ו-1 מיקרו-פרד בקרבת כל פין אספקת חיישן. ניתן להוסיף חרוז פריטי על AVDD כדי לבודד את מסילת האנלוגית מהרעש הנוצר על ידי מעגלים דיגיטליים.
• חיישנים בעלי רזולוציה גבוהה שפועלים בקצב פריימים גבוה יכולים לבלוע כמות גדולה של ספק. עלייה בטמפרטורה עלולה להגביר את הרעש בתמונה ולגרום להזזה של הצבעים, ולכן יש לבחון את הפתרון התרמי בשלב תכנון החומרה ולא לאחר ההפעלה הראשונית.
• בחינת השמת פינים: לבדוק את כל הקצאות MIPI, DVP, I2C, MCLK ו-GPIO כדי לזהות התנגשויות בין פונקציות משותפות.

תוכנה ומערכת עיבוד תמונות

• אצהרה חומרתית: ה-RK3576 כולל מאיץ גרפיקה דו-ממדי (RGA) לביצוע פעולות כגון המרה של פורמט תמונה (למשל, YUV ל-RGB), שינוי גודל וסיבוב. השימוש ב-RGA במקום בעיבוד מבוסס CPU יכול להפחית באופן משמעותי את עומס ה-CPU, וזה חשוב מאוד לשמירה על פעילות יציבה בקצב פריימים גבוה, למשל 1080p ב-30 פריימים לשנייה.
• תכנון זרימת הנתונים של ה-NPU: כאשר מודל בינה מלאכותית רץ על ה-NPU המובנה ב-RK3576, שמרחיב 6 טרה פעולות לשנייה, מסלול טיפוסי כולל לכידת תמונה באמצעות מצלמה, עיבוד על ידי ה-ISP, המרה וקטנה של הפורמט על ידי ה-RGA, הסקה על ידי ה-NPU והצגת התוצאה. יש להעריך את העיכוב בכל שלב במהלך תכנון המערכת כדי להבטיח שהמוצר הסופי יעמוד במטרת הזמן האמתי.

תצורות ההפניה הבאות ממחישות כיצד ניתן להקצות את ממשקים המצלמה הזמינים עבור כמה יישומים נפוצים.