高清摄像头MIPI接口与ARM处理器的连接

阳光穿透心脏的1/2处 2022-01-29 13:49 212阅读 0赞

MIPI摄像头常见于手机、平板中，支持500万像素以上高清分辨率。它的全称为“Mobile Industry Processor Interface”，分为MIPI DSI 和MIPI CSI，分别对应于视频显示和视频输入标准。目前，MIPI摄像头在其他嵌入式产品中，比如行车记录仪、执法仪、高清微型相机、网络监控相机等得到广泛应用，因此我们以OMAP4处理器为例，谈谈MIPI摄像头如何与ARM处理器连接。

OMAP4支持MIPI CSI2版本，其中4460支持两路视频输入，为了进行接口和软件验证，我们先在OMAP4开发板 PandaboardES 上设计了摄像头模块，如下图：

[![wKioL1L4naTCCYQdAAP8Ftek5Pc583.jpg][]][wKioL1L4naTCCYQdAAP8Ftek5Pc583.jpg]

摄像头模块是通过Pandabaord的J17引脚焊接上去的，为了更好地理解CSI2接口，我们先看看Pandabaord ES的J17定义了哪些引脚：

[![wKioL1L4q8qjmbw-AAJRGsRIOWo706.jpg][]][wKioL1L4q8qjmbw-AAJRGsRIOWo706.jpg]

可以看到J17中包含了5组差分信号，即(CSI21\_DX0,CSI21\_DY0), (CSI21\_DX1,CSI21\_DY1), (CSI21\_DX2,CSI21\_DY2), (CSI21\_DX3,CSI21\_DY3), (CSI21\_DX4,CSI21\_DY4)。这五组信号来自于OMAP4的CSI2-A接口，如下图所示：

[![wKioL1L4rkfBu-z3AAPEYVbNgD0761.jpg][]][wKioL1L4rkfBu-z3AAPEYVbNgD0761.jpg]

上图摘自于omap4的手册。可以看出，OMAP4430其实有两路CSI2接口，即CSI2A和CSI2B，说明其可以接两个摄像头，这已经是手机或者平板应用的基本要求了。CSI2A接口拥有五组差分接口（csi2a\_dxi, csi2a\_dyi, i=0~4）, 分别对应J17引脚的(CSI21\_DXi,CSI21\_DYi, i=0~4)。一组差分信号称为Lane，每个Lane可以通过软件配置为Data Lane和Clock Lane，而且差分信号的极性也可以软件配置。当然最常规的用法是将(dx0,dy0)用于传输clock信息。CSI2A可以有4个Data Lane和1个Clock Lane，而CSI2B则只能有1个Data Lane和1个Clock Lane，Data Lane越多，其能传输的速度越高，也就是更传输更高分辨率的图片。Data Lane个数与传输速度的关系是这样的：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td style="vertical-align:top;">data lane个数</td> 
   <td style="vertical-align:top;">极限速度</td> 
   <td style="vertical-align:top;">对应图像传输帧率</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="vertical-align:top;">One Data lane</td> 
   <td style="vertical-align:top;">1000Mbps</td> 
   <td style="vertical-align:top;">1280*720@30fps</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="vertical-align:top;">Two Data lane</td> 
   <td style="vertical-align:top;">2x1000Mbps</td> 
   <td style="vertical-align:top;">1280*720@60fps</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="vertical-align:top;">Three Data lane</td> 
   <td style="vertical-align:top;">3x1000Mbps</td> 
   <td style="vertical-align:top;">1280*720@90fps</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

从这个表格中可以看到，MIPI采用差分线传输，速度还是很快的，比并行传输要快很多。在使用两组data lane的情况下，就可以做到720p@30fps了。如果要提高图像的分辨率，在使用同样多data lane的情况下，就要降低帧率了。

我们为pandaboard研发的摄像头模块采用ov5640传感器，它支持两组data lane，以下是它所支持的传输格式：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td style="vertical-align:top;">format</td> 
   <td style="vertical-align:top;">resolution</td> 
   <td style="vertical-align:top;">frame rate</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="vertical-align:top;">5 Mpixel</td> 
   <td style="vertical-align:top;">2592x1944</td> 
   <td style="vertical-align:top;">15fps</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="vertical-align:top;">1280x960</td> 
   <td style="vertical-align:top;">1280x960</td> 
   <td style="vertical-align:top;">45fps</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="vertical-align:top;">1080p</td> 
   <td style="vertical-align:top;">1920x1080</td> 
   <td style="vertical-align:top;">30fps</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="vertical-align:top;">720p</td> 
   <td style="vertical-align:top;">1280x720</td> 
   <td style="vertical-align:top;">60fps</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="vertical-align:top;">VGA</td> 
   <td style="vertical-align:top;">640x480</td> 
   <td style="vertical-align:top;">90fps</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="vertical-align:top;">QVGA</td> 
   <td style="vertical-align:top;">320x240</td> 
   <td style="vertical-align:top;">120fps</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

ov5640拥有2组 data lane，还有1组 clock lane，因此可以如下方式连接ov5640和omap4.

[![wKiom1L4uAiS5KanAACQnr6eJ3U199.jpg][]][wKiom1L4uAiS5KanAACQnr6eJ3U199.jpg]

其中(MC\_P,MC\_N)为ov5640的用于传输时钟的引脚，(MD0\_P,MD0\_N), (MD1\_P,MD1\_N)为用于传输数据的引脚。除了要连接好ov5640的差分信号外，还要给ov5640输入时钟信号，这个时钟信号可以来自于晶振，也可以来自于omap4。我们选择一个用一个晶振产生24M的时钟信号，具体如何连接这里不再叙述。

接下来我们顺便讲讲OV5640的I2C控制信号。另外我们注意到OV5640有SIOC和SIOD。那么这I2C控制信号是干什么的？一个很明显的用途就是来设置OV5640的图像输出格式，比如是输出RGB格式还是YUV格式。这是通过寄存器来设置的。

其实OV5640作为视觉传感芯片，其有很多寄存器来控制图像的拍摄参数，比如增益控制、曝光控制等，这些参数一般设置为默认值即可，但如果用户想再特定环境下获得更好的图像质量，可以设定这些参数来达到最佳效果。比如在晚上开启夜视模式（把每帧曝光时间调长），或者在室内开启工频抑制，在日光灯下图像不闪烁（通过设置曝光时间为光周期信号整数倍），可以达到更加灵活的使用效果。运行于omap4的拍照软件可以运行一个类似于光照检测的算法来来设定这些参数，从而达到一个最佳效果，这个就得看软件算法的功力了。

另外，OV5640内部还有一个ISP（Image Signal Processor）,能够做简单的一些图像处理算法，比如Gamma校正，图像缩放等，但相对于OMAP4430的强大的ISP而言，而其功能还是小巫见大巫了，所以推荐直接使用OMAP4430的ISP功能。

好了，关于OMAP4430的CSI2 接口大概就总结了到这里，希望这个接口学习文档能对大家有帮助。如果需要MIPI CSI2摄像头做验证设计，可以加入QQ群“OMAP4摄像头”(274241220)做交流

[wKioL1L4naTCCYQdAAP8Ftek5Pc583.jpg]: /images/20220129/f73d06d0b0ff478c81592e1d77db35bc.png
[wKioL1L4q8qjmbw-AAJRGsRIOWo706.jpg]: /images/20220129/b7e75848ffbf438cbbbfef9d347b9dc4.png
[wKioL1L4rkfBu-z3AAPEYVbNgD0761.jpg]: /images/20220129/f5fb4c7352f34cc78c2847944a514f05.png
[wKiom1L4uAiS5KanAACQnr6eJ3U199.jpg]: /images/20220129/1f68d826c2f94153bc05b4770f35a0d7.png