RK3576 Kamera Sensörü Uyumluluk Kılavuzu: Donanım Tasarımından Önce Doğrulanması Gerekenler

RK3576 platformu için kamera sensörü seçimi ve donanım tasarımı aşamasında, şematik çalışmalara başlamadan önce birkaç kritik noktanın netleştirilmesi gerekir. Bu kararlar, görüntü kalitesini ve donanım tasarımının uygulanabilirliğini doğrudan etkiler.

RK3576 CSI/PHY ve ISP Sınırlamaları

RK3576, esnek bir kamera arayüzü mimarisine sahiptir; ancak yapılandırma, projenin gereksinimleri doğrultusunda başlangıçtan itibaren planlanmalıdır.

Arayüz desteği: SoC, hem MIPI CSI-2 hem de DVP kamera arayüzlerini destekler; ancak günümüz tasarımları için ana avantajı MIPI CSI-2 sağlar.

RK3576, en fazla dört hatlı bir C/D-PHY arayüzü ile iki adet D-PHY arayüzü sunar. Mevcut PHY kaynakları, iki adet 4-hatlı D-PHY bağlantı noktası ya da dört adet 2-hatlı D-PHY bağlantı noktası olarak yapılandırılabilir. Bu durum, güvenlik ve robotik uygulamalarda yaygın olarak kullanılan çoklu görüş sistemleri dahil olmak üzere çoklu kamera tasarımlarına olanak tanır.

Notlar:

• Çoklu kamera tasarımı için PHY ve kanal kaynaklarını erken atayın. Tek bir sensör iki PHY arasında dağıtılamaz.
• Bir adet RK3576 CSI portu C-PHY veya D-PHY olarak yapılandırılabilir. D-PHY modunda, her kanal başına en fazla 4,5 Gbps destekler; C-PHY modunda ise her üçlü (trio) başına en fazla 2,5 Gsps destekler. Kalan D-PHY kanalları her kanal başına en fazla 2,5 Gbps destekler. Pratik bir donanım tasarımı, yaklaşık %20 bant genişliğini rezervde tutmalıdır. Etkin veri hızı arayüz sınırına yaklaşınca veya onu aştığında bozulmuş kareler, atlanan kareler ve diğer görüntü hataları daha olası hâle gelir.
• SoC ayrıca eski nesil, daha düşük çözünürlüklü sensörler için paralel DVP kamera arayüzünü de destekler. DVP ve MIPI işlevleri bazı pinleri paylaştığından, kaynak çakışmalarını önlemek için pin ataması erken aşamada kesinleştirilmelidir.

RK3576 ISP Özellikleri ve İşleme Sınırları

• RK3576, 16 MP’ye kadar görüntü işleme ve en fazla 120 dB’lik bir HDR dinamik aralığı destekleyen tek bir donanım ISP motoru entegre eder. Ancak çoklu kamera sisteminde birkaç RAW akışının ISP üzerinden yönlendirilmesi, birleşik çözünürlüğü ve etkin kare hızını hem ISP kapasitesi hem de MIPI CSI-2 alma bant genişliğiyle sınırlar. Eğer sensörler YUV çıktısı verir ve ISP’yi atlatırsa, ana kısıtlamalar MIPI arayüz bant genişliğine ve bellek bant genişliğine kayar.

Örnek çoklu kamera yapılandırması: 1 adet 8 MP (4K, 30 fps) + 2 adet 2 MP (1080p, 30 fps).

• Çoklu kamera uygulamaları ayrıca kare eşzamanlaması konusunda erken karar gerektirir. Çoklu görünüm yakalama ve stereo mesafe ölçümü donanım tabanlı VSYNC eşzamanlaması gerektirebilir. Donanım eşzamanlamasının etkinleştirilip etkinleştirilmeyeceği ile SoC’nin planlanan kamera sayısına yetecek kadar dış tetikleme pini olup olmadığı doğrulanmalıdır.

Sensör Seçim Kontrol Listesi

• Çıkış arayüzü ve modu: MIPI CSI-2 veya DVP olduğunu ve MIPI kanal sayısını (1, 2 veya 4 kanal) doğrulayın.
• Veri formatı: RK3576 platformunda VICAP girişi, RAW, RGB888 ve seçilen YUV formatlarını destekler. Dahil edilmiş ISP, RAW verilerini işler ve aşağı akış boru hattı için YUV’ye dönüştürür. Doğrudan yakalanan RGB ve YUV akışları ISP’den geçmez.
• Çözünürlük ve kare hızı: Her bir sensörün gereksinimlerini kontrol edin; ardından birkaç kamera aynı anda çalışırken birleşik çalışma modunu doğrulayın. Toplam iş yükü, ISP’nin gerçek zamanlı işlem sınırı içinde kalmalıdır.
• Güç rayı uyumluluğu: Tipik bir sensör, analog devreler için AVDD, dijital çekirdek için DVDD ve giriş/çıkış voltaj seviyesi için DOVDD olmak üzere üç besleme kullanır. RK3576 MIPI PHY sabit 1,8 V besleme kullanır; bu nedenle genellikle 1,8 V’lik bir sensör DOVDD tercih edilir. Eğer sensörün DOVDD seviyesi ana bilgisayarın I2C giriş/çıkış seviyesiyle eşleşmiyorsa, düşük hızlı kontrol veri yoluna bir seviye çevirici eklenebilir. Yüksek hızlı MIPI diferansiyel sinyallerine dış seviye çevirici yerleştirilmemelidir. Donanım, sensör üreticisinin belirttiği güç açma ve kapatma sırasına uymak zorundadır. Yazılım başlatması bu sıraya bağlıdır; yanlış zamanlama, sensörün başlatılmasını veya görüntü üretmesini engelleyebilir. Ayrıca AVDD, DVDD ve DOVDD üzerindeki tepe akımı da hesaplanmalıdır ki her dahili LDO yeterli kapasiteye ve tasarım payına sahip olsun.
• Kontrol veri yolu: Sensörün I2C adresini doğrulayın. Çoklu kamera sistemi için, çakışan adreslerin nasıl ele alınacağını planlayın; bunu, desteklenen durumlarda yazılımda adresleri değiştirerek ya da harici bir I2C anahtarı kullanarak yapabilirsiniz.
• Saat girişi: RK3576, bağımsız olarak yapılandırılabilen birkaç sensör MCLK çıkışı sunar. Her saat, iç SoC saat kaynağında üretilir ve çoklu işlevli bir GPIO üzerinden sensöre yönlendirilir; her çıkış ayrı ayrı etkinleştirilebilir ve yapılandırılabilir. Bir MCLK için tipik yazılım ile yapılandırılabilen aralık 6 ila 48 MHz arasındadır. Bir sensör bu aralığın dışındaki bir saat frekansı gerektiriyorsa, özel bir harici osilatör kullanın. Çoklu kamera tasarımlarında ayrıca pin çoklu işlevliliği çakışmaları da kontrol edilmelidir.
• Güç ve ısı yönetimi tasarımı: Yüksek çözünürlükte ve yüksek kare hızında çalışan sensörler daha fazla güç çeker. Donanım nihai hâline gelmeden önce, kart düzeyindeki güç yükünü ve ürünün ısı yayılım yolunu değerlendirin.
• Lens, IR kesme filtresi ve aydınlatıcı kontrolü: Her gerekli aktüatör ve sürücü için yeterli GPIO kaynaklarının mevcut olduğunu doğrulayın.
• HDR modu uyumluluğu: RK3576, DOL HDR, basamaklı HDR ve çoklu çerçeve HDR destekler. Bir sensör seçmeden önce, sensörün HDR veri formatı ve zamanlamasının RK3576 ISP ve VICAP ile uyumlu olduğunu doğrulayın.

Mümkün olduğunca, platform topluluğu veya modül tedarikçisi tarafından zaten doğrulanmış bir sensörle başlayın. Bu, sürücü geliştirme ve sistem başlatma riskini önemli ölçüde azaltabilir.

Zaten entegre ettiğimiz sensörler şunlardır: Sony IMX415 (8 MP), IMX566 (8 MP), IMX678 (8 MP), IMX464 (4,1 MP), IMX662 (2 MP), ayrıca onsemi AR0234 (2,3 MP) ve OMNIVISION OG02C1B (2 MP). Projeniz başka bir görüntü sensörü gerektiriyorsa, özel entegrasyon ve ayarlama konusunda görüşmek üzere [email protected] adresine ulaşın.

PCB Tasarımı İçin Temel Noktalar

• MIPI CSI yönlendirme: Diferansiyel empedansı 100 ohm ±%10 olarak kontrol edin. Her diferansiyel çift içindeki P/N uzunluk farkını 5 mil’in altına tutun ve aynı CSI bağlantı noktasındaki hatlar arası farkı 200 mil’in altına indirin. MIPI sinyallerini yüksek hızlı saatlerden, DDR’den ve yüksek akımlı güç izlerinden uzak tutun. Referans düzlemindeki bölünmelerin üzerinden geçirmeyin. İzi mümkün olduğunca kısa tutun; tercihen 15 cm’den az olsun; iz ne kadar uzunsa, güvenilir şekilde korunabilen maksimum veri hızı o kadar düşer.
• MCLK, yüksek hızlı tek uçlu bir saattir. MIPI diferansiyel çiftlerinden mesafe bırakın ve çapraz etkiyi azaltmak için uzun paralel izlerden kaçının.
• Yüksek hızlı MIPI izlerini anahtarlama güç kaynakları ve DDR veri yolları gibi güçlü gürültü kaynaklarından uzak tutun; yerleşim gerektirdiği yerlerde sağlam ekranlama ve topraklama sağlayın.
• Güç süzme: Her bir sensör besleme pini yakınına 0,1 µF ve 1 µF bypass kondansatörleri yerleştirin. Analog rayı dijital devre gürültüsünden izole etmek için AVDD hattına bir ferrit çekirdek eklenebilir.
• Yüksek çözünürlükte çalışan ve yüksek kare hızlarında çalışan sensörler önemli miktarda güç tüketebilir. Sıcaklık artışı görüntü gürültüsünü artırabilir ve renk kaymasına neden olabilir; bu nedenle termal çözüm, donanım tasarımı aşamasında değerlendirilmelidir; sistem başlatıldıktan sonra değil.
• Pim çoklu işlevliliği incelemesi: MIPI, DVP, I2C, MCLK ve GPIO atamalarının tümünü paylaşılan işlev çakışmaları açısından kontrol edin.

Yazılım ve Görüntü İşleme Boru Hattı

• Donanım hızlandırması: RK3576, görüntü biçim dönüştürme (örneğin YUV’ten RGB’ye), ölçeklendirme ve döndürme gibi işlemler için RGA 2B grafik hızlandırıcısına sahiptir. CPU tabanlı işleme yerine RGA kullanmak, CPU yükünü önemli ölçüde azaltır ve örneğin 1080p çözünürlüğünde 30 fps gibi kararlı yüksek kare hızı işlemlerini sürdürmede kritik öneme sahiptir.
• NPU veri akışı planlaması: Bir yapay zeka modeli RK3576 entegre 6 TOPS NPU’sunda çalışırken tipik bir yol, kamera yakalama, ISP işleme, RGA biçim dönüştürme ve ölçeklendirme, NPU çıkarımı ve görüntü çıkışıdır. Sistemin tamamının gerçek zamanlı hedefini karşıladığından emin olmak için sistem tasarımı sırasında her aşamadaki gecikme değerlendirilmelidir.

Aşağıdaki referans yapılandırmalar, mevcut kamera arayüzlerinin birkaç yaygın uygulama için nasıl tahsis edilebileceğini gösterir.