Entwickler von eingebetteten Systemen nutzen die Innovation des mobilen Prozessors, die weithin akzeptierte MIPI-Standardschnittstelle sowie eine neue Generation von kostengünstigen Bildsensoren und Displays, um kostengünstige Hochleistungsprodukte zu entwickeln, müssen jedoch noch viele Herausforderungen lösen.
Wie kann man als schnelle Leistungssteigerung den Typ und die Menge vorhersagen, die für die erforderliche Schnittstelle erforderlich sind? Wie kann man diese Prozessoren verwenden, um den Wert des traditionellen Displays und / oder des Bildsensors für den Wert des traditionellen Displays und / oder Bildsensors bei Verwendung dieser Prozessoren zu erhalten? Wie kann man schnell und kostengünstig verschiedene Schnittstellentypen überbrücken, um sicherzustellen, dass das Design erfolgreich ist?
In diesem Artikel werden die Auswirkungen und Designprobleme im Zusammenhang mit der Migration auf neue Schnittstellen und die Brücke zwischen neuen und alten Geräten vorgestellt und einige praktikable Lösungen und Anwendungsmethoden vorgestellt.
Neue Videoschnittstelle überbrücken Die Nachfrage der Menschen nach innovativen kostengünstigen Videobrückenlösungen steigt. Beispielsweise wollen Bauherren von Überwachungssystemen, Drohnen oder DSLR-Kameradesigner die neueste Innovation des On-Hot Mobile Application Processors (AP) nutzen. Zu diesem Zweck müssen sie normalerweise Signale von der proprietären traditionellen Bildsensorschnittstelle auf die mobile MIPI CSI-2-Bildsensorschnittstelle umwandeln, die bei den meisten APs verwendet wird.
Wenn der Designer die nächste Generation von Virtual Reality (VR)-Kopfhörern baut, müssen Sie ein Video von einer einzelnen MIPI DSI-Schnittstelle konvertieren und auf die beiden MIPI DSI-Displays aufteilen. Dies verbessert nicht nur die Systemleistung, sondern auch der Produktimmersionseffekt ist stärker (Abbildung 1). Wenn der AP nur eine einzelne DSI-Schnittstelle oder eine der verfügbaren Schnittstellen bereitstellt, die bereits speziell für andere Funktionen verwendet werden, wie können dann diese neuen Anwendungen unterstützt werden?
Ebenso möchten Entwickler von Human-Machine-Interface (HMI)-Lösungen oder intelligenten Displays möglicherweise den Wert riesiger Investitionen in industrietaugliche Displays behalten. Dazu müssen sie jedoch die CSI-2-Schnittstelle auf dem mobilen AP vom OpenLDI / LVDS oder der dedizierten Schnittstellenbrücke erhalten.
Manchmal müssen Sie möglicherweise mehrere Videostreams zu einer größeren Bildausgabe zusammenfügen, um eine tiefe Wahrnehmung zu erzeugen oder das Realitätssystem zu verbessern. Zu diesem Zeitpunkt kann eine Überbrückungslösung zwischen dem Kamerasensor und dem Bildprozessor rechtzeitig erfasst werden, um mehrere CSI-2-Ausgaben rechtzeitig zu erfassen und die minimale Verzögerung zu erreichen. Dies erfordert eine universelle Stiftsteuerung. Mehrere synthetische Videostreams müssen sich auch denselben Takt teilen, und in einigen Fällen ist möglicherweise ein separates Einschaltprogramm erforderlich. Um jede Funktion zu implementieren, müssen Sie die E / A einfach anpassen.
Die Anwendung von MIPI-Mobilprozessoren hat sich sogar auf traditionelle industrielle Anwendungen wie den Automobilbau ausgeweitet. Mit der wachsenden Zahl von elektronischen Fahrzeugen und Kameras erfordern das Advanced Auxiliary Driving System (ADAS) und die Informationsunterhaltungssonards mehr Videobrücken.
Die Kamera wurde ursprünglich entwickelt, um dem Fahrer beim Rückwärtsfahren zu helfen, und jetzt verwendet der Hersteller die Kamera, um eine vollständige Palette von Perspektiven des Fahrzeugs bereitzustellen. Einige Autohersteller ersetzen beispielsweise den Rückspiegel durch die Kamera, wodurch der Luftwiderstand verringert und die Kraftstoffeffizienz verbessert wird. Die vom Designer konstruierte Videobrückenlösung ermöglicht es dem Hersteller, die Daten mehrerer Bildsensoren zusammenzufassen und über eine einzige CSI-2-Schnittstelle an den AP zu übertragen.
Universalschalter Um die Nachfrage nach der Basisbrückenlösung zu lösen, verwendet der Konstrukteur in der Regel Universalschalter. Der HD3SS 3212 von Texas Instruments ist ein typisches Beispiel für einen universellen 2-Kanal-Multiplexer/Demultiplexer-Passivschalter zur Übertragung von Signalen zwischen zwei Positionen auf der Platine (Abb. 2). Das Gerät ist mit den Standards MIPI DSI / CSI, FPDLINKII, LVDS und PCIe Gen IIII kompatibel und unterstützt Datenraten von bis zu 10 Gbit/s.
Designer können das Gerät für alle Schnittstellenanwendungen verwenden, die einen Gleichtaktspannungsbereich von 0 bis 2 V und eine Differenzamplitude von 1800 mVPP erfordern. Adaptives Tracking stellt sicher, dass der Kanal über den gesamten Gleichtaktspannungsbereich unverändert bleibt.
Der HD3SS3212 wird mit einer Vielzahl von Tools und Support-Software geliefert, darunter Evaluierungsmodule und Evaluierungsboards für USB-Typ-C-Minidock-Boards sowie Referenzdesign mit Video- und Ladeunterstützung.
Programmierbare Lösung Eine andere Möglichkeit, dieses Problem zu lösen, besteht darin, semi-kundenspezifische oder kundenspezifische Videobrückenlösungen zu verwenden. Diese Lösungen konzentrieren sich jedoch in der Regel auf relativ schmale Anwendungsbereiche mit längeren Entwicklungszyklen und höheren nicht-regulären Engineering (NRE)-Kosten, ASIC ist typisch.
Um die Lücke zwischen universeller und kundenspezifischer Videobrücke zu schließen, erfordern Videobrücken eine Kombination aus Designflexibilität und kurzen FPGA-Entwicklungszyklen sowie der Funktionalität spezifischer Anwendungsstandardprodukte (ASSPs). Für diese Funktionen möchten wir vielleicht mehr über das Lattice Semiconductor Crosslink LIF-MD6000 Master Link Evaluation Board und sein programmierbares ASSP (PASSP) erfahren (Abbildung 3). CrossLinkIF-MD6000 wird mit dem Evaluierungsboard geliefert, das als Leerlauf-IP in der Diamond Design Software von Lattice fungiert. Jedes PASSP umgibt zwei MIPI-D-PHY-Hardblöcke durch Verschieben der FPGA-Struktur. Jeder MIPI D-PHY-Block verfügt über bis zu vier Datenkanäle und eine Uhr zur Unterstützung von Senden und Empfangen (TX und RX). D-PHY überträgt bis zu 4K Ultra High Definition Auflösung mit einer Rate von 12 Gb/s. Zwei Gruppen programmierbarer I / O unterstützen eine Vielzahl von Schnittstellen und Protokollen, darunter Mipi D-PHY, MIPI CSI-2 und MIPI DSI sowie CMOS, RGB, MIPI DPI, MIPI DBI, SUBLVDS, SLVS, LVDS und OpenLDI.
Die benachbarte FPGA-Struktur umfasst 5 LUT, 936 KB Block-RAM und 180 KB verteilten RAM. Die LUT wird entlang des dedizierten Registers in der programmierbaren Funktionseinheit (PFU) verteilt, die als Grundkomponente von Logik-, Algorithmus-, RAM- und ROM-Funktionen verwendet wird. Programmierbares Routing-Netzwerk verbindet sich mit dem PFU-Block.
Der SYSMEM Embedded Block RAM (EBR) der programmierbaren I/O-Gruppe, Embedded I2C und Embedded MIPI D-PHY sind auf PFU-Spalten verteilt. Der PFU-Block kann mit der Diamond Design-Software von Lattice konfiguriert und jedes Design verdrahtet werden.
Für die Konfigurations- und Einstellungsverfahren stehen verschiedene Unterstützungstools und Software zur Auswahl. Zusätzlich zu Bridge-Geräten fügt das LIF-MD6000 Master Link Evaluation Board dem FTDI auch den Mini-USB-Anschluss vom Typ B hinzu. Verwenden Sie SPI, um FTDI zur CrossLink-Schaltung hinzuzufügen, fügen Sie FTDI zu X03LF-Geräten mit JTAG- und GPIO-Ressourcen hinzu. Gleichzeitig können Sie auch mehrere Demonstrationen, optionale TX / RX Link Board Informationen und andere Dokumentationen durchsuchen. Das Kit enthält außerdem zwei Schnittstellenkarten, LIFMD-IOL-EVN SMA IO-Verbindungsschnittstellenkarten und eine abzweigende IO-Link-Platine. Darüber hinaus enthält das Raspberry PI Entwicklungsboard LIF-MD6000 ein Referenzdesign und CrossLink Soft IP, um zwei Raspberry PI Bildsensoren mit einem Raspberry PI Prozessorboard zu verbinden.
Um die Entwicklung zu vereinfachen und zu beschleunigen, bietet Lattice Semiconductor ein vorgefertigtes Soft-IP-Modul für vier gängige Videobrückenlösungen. Die erste Lösung, die zeigt, wie mehrere CSI-2-Bildsensoren mit einem einzigen CSI-2-Ausgang verbunden werden (Abbildung 4). Diese Lösung wendet Anwendungen an, die einen AP im Design enthalten, der keine ausreichende Schnittstelle bietet, die die Anzahl der Bildsensoren unterstützt, oder eine Prozessverzögerung zwischen dem Bildsensor und den Bilddaten.
Die zweite Lösung konzentriert sich auf 1: 2 und 1:1 DSI Display Interface Bridge. Dieses IP-Ziel geht über die Anzeigefähigkeiten für steigende Bandbreitenanforderungen hinaus, während der Prozessor weiterhin eine leistungsstarke Schnittstellenfunktion bietet. Indem Sie die alten Displays durch ein neues Display ersetzen, können Sie während des Upgrades große AP-Inputs reservieren. Diese Brücke kann auch die Ausgabe einer einzelnen Quelle auf zwei DSI-Displays anstelle von einem erweitern.
Die dritte Beispiellösung bietet eine kritische IP der CMOS-zu-MIPI-D-PHY-Schnittstelle bei Verwendung von LIF-MD6000-Geräten. Obwohl Mipi D-PHY ursprünglich entwickelt wurde, um Verbindungen in Smartphones und Displays zu adressieren, verwenden viele Prozessoren und Displays heute noch RGB-, CMOS- oder MIPI D-PHY-Schnittstellen. Zwischen dem Prozessor mit RGB-Schnittstelle und einem Display mit der MIPI-DSI-Schnittstelle oder zwischen der Kamera mit der MOS-Schnittstelle und einem Prozessor mit der CSI-2-Schnittstelle kann die Lösung als Brücke fungieren.
Die vierte Kameraschnittstellenbrücke löst das Problem der Fehlanpassung zwischen dem AP und dem frühen Bildsensor. Obwohl viele APs jetzt MIPI CSI-2-Schnittstellen verwenden, verwenden einige hochauflösende Bildsensoren dedizierte Sub-LVDS-Ausgabeformate. Diese Brücke behebt die Inkompatibilität zwischen den beiden Schnittstellentypen. Die Brücke kann auch in LVDS, CSI-2, HISPI und anderen Formaten der gegenseitigen Konvertierung verwendet werden.
Zusammenfassung Da Designer immer mehr Komponenten für mobile Handheld-Geräte für immer mehr Anwendungen entwickeln lassen, stoßen sie oft auf das Gerät im System, das nicht direkt angeschlossen werden kann. Manchmal stimmt der Schnittstellentyp oder die Schnittstellenanzahl des AP nicht mit dem Bildsensor oder der Anzeige des Systems überein.
Für einige grundlegende Multiplexer/Demultiplexer-Anwendungen können vorgefertigte Standard-Analogschalter den Bedarf decken. Da Designer jedoch einige komplexere Bridge-Aufgaben erledigen, wie z. B. das Konvertieren von unauffälligen Schnittstellen, das Kombinieren mehrerer Videostreams oder das Aufteilen von Videostreams auf mehrere Schnittstellen, bieten FPGA-basierte programmierbare Bridge-Lösungen eine Reihe von Vorteilen.
Erstens ermöglichen diese Lösungen Ihnen, den vorhandenen Eingang des alten Geräts zu verwenden, auch wenn Sie den Bildsensor und die MIPI-Schnittstelle der MIPI-Schnittstelle verwenden, gilt dies weiterhin. Zweitens ermöglichen Ihnen diese Bridge-Lösungen durch die Überbrückung zwischen mehreren Geräten mit unterschiedlichen Schnittstellen, mehr Komponenten auszuwählen.
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