萊迪思全新CrossLinkPlus FPGA簡(jiǎn)化基于MIPI的視覺(jué)系統開(kāi)發(fā)

如今，嵌入式視覺(jué)系統設計師需要迎合眾多市場(chǎng)趨勢。例如，現在的設計使用的傳感器越來(lái)越多，便于收集更多數據或實(shí)現新的功能。比如在汽車(chē)市場(chǎng)，幾十年前，汽車(chē)廠(chǎng)商在車(chē)輛上安裝一個(gè)備份攝像頭就算是創(chuàng )新之舉了，而現在他們已經(jīng)開(kāi)始將攝像頭用于道路偏離監控、速度標志牌識別和其他眾多智能駕駛應用。

同時(shí)，嵌入式視覺(jué)系統設計師正逐漸采用符合移動(dòng)產(chǎn)業(yè)處理器接口（MIPI）聯(lián)盟標準的組件。 MIPI起初是為移動(dòng)市場(chǎng)開(kāi)發(fā)的，它定義了移動(dòng)設備的設計人員在在構建高性能、高成本效益、可靠的移動(dòng)解決方案時(shí)所需的硬件和軟件接口標準。在過(guò)去幾年中MIPI已經(jīng)成為開(kāi)發(fā)嵌入式系統的主流標準。包括工業(yè)和汽車(chē)等領(lǐng)域的各類(lèi)應用的設計人員都已經(jīng)意識到這一點(diǎn)，并且開(kāi)始尋找方法來(lái)利用移動(dòng)組件高性能和規模經(jīng)濟的優(yōu)勢。

縮短上市時(shí)間帶來(lái)的壓力也推動(dòng)了對易于使用的嵌入式視覺(jué)解決方案的需求。只提供芯片的做法已經(jīng)遠遠不夠了。這些壓力讓設計人員迫切需要能夠提供所有硬件、軟件、IP和參考設計的嵌入式視覺(jué)設計環(huán)境，從而快速設計和開(kāi)發(fā)終端產(chǎn)品。與此同時(shí)，如今的用戶(hù)希望他們的嵌入式顯示屏能夠像消費電子產(chǎn)品那樣反應迅捷。啟動(dòng)很慢的嵌入式顯示屏會(huì )帶來(lái)偽像，破壞用戶(hù)體驗。

圖1：萊迪思半導體的CrossLinkPlus FPG

新的挑戰

這些快速發(fā)展的趨勢在創(chuàng )造機遇的同時(shí)，也為嵌入式視覺(jué)設計師帶來(lái)了嚴峻的挑戰。首先，許多嵌入式系統中使用的攝像頭和顯示屏與當今的應用處理器（AP）的接口類(lèi)型或數量不匹配。AP上用于傳感器的I/O很有限，卻又要支持各類(lèi)顯示屏和傳感器，更為棘手的是，各種應用的顯示大小和分辨率也不盡相同。此外，工業(yè)顯示屏使用壽命較長(cháng)，許多尚在使用的顯示屏最初是通過(guò)傳統接口連接的。那么，當嵌入式應用的設計人員在設計中不得不使用傳統或專(zhuān)用的顯示屏和傳感器時(shí)，如何利用好MIPI組件市場(chǎng)的優(yōu)勢呢？

為了支持使用更多傳感器和更有效地管理I/O資源，設計人員需要可編程的解決方案來(lái)彌補I/O不足的缺陷。理想狀況下，這樣的解決方案需要聚合傳感器輸入，并且讓設計師對數據進(jìn)行預處理，減少處理器的負載。理想的解決方案還需要是可編程的，能夠輕松地適應定制化的顯示屏設計。以前，設計師只能通過(guò)為每種顯示類(lèi)型開(kāi)發(fā)專(zhuān)門(mén)的ASIC來(lái)支持不同的顯示尺寸和分辨率。而可編程的解決方案能夠使用單個(gè)器件實(shí)現不同的顯示要求。

2016年，隨著(zhù)CrossLink^TM系列FPGA的推出，萊迪思半導體成為這一領(lǐng)域的領(lǐng)先供應商。這是一款可編程的視頻橋接器件，支持連接移動(dòng)圖像傳感器和顯示屏的各類(lèi)協(xié)議和接口。為了滿(mǎn)足嵌入式視頻市場(chǎng)不斷增長(cháng)的需求，萊迪思又推出了CrossLink的增強版本——CrossLinkPlusTM。CrossLinkPlus新增了2 Mbit的嵌入式閃存作為配置存儲器，滿(mǎn)足用戶(hù)對顯示屏無(wú)縫啟動(dòng)的需求。有了片上閃存，CrossLinkPlus能夠在10ms內瞬時(shí)啟動(dòng)，而人腦一般無(wú)法在15 ms內感知圖像，因此不會(huì )產(chǎn)生偽像干擾用戶(hù)體驗。片上閃存可支持現場(chǎng)重新編程。

CrossLinkPlus 擁有同尺寸 FPGA 中速度最快的 MIPI D-PHY，同時(shí)功耗非常低。此款 FPGA 封裝尺寸僅為3.5 x 3.5 mm，共支持 12 Gbps D-PHY。除了高速 MIPI D-PHY 外，CrossLinkPlus 還擁有 6K LUT 可編程 FPGA架構和靈活的高速 I/O，支持 MIPI CSI-2、MIPI DSI、LVDS、SLVS200、CMOS 和 Sub-LVDS 等接口的視頻橋接。由于 CrossLinkPlus 能夠連接這類(lèi)顯示屏和傳感器，為設計團隊提供了極大的設計靈活性。

全新器件能夠幫助開(kāi)發(fā)團隊提升設計效率，從而應對產(chǎn)品快速上市的壓力。例如，針對接收器、轉換器和發(fā)送器等功能提供的即時(shí)可用的預驗證 IP 庫能讓設計人員專(zhuān)注于開(kāi)發(fā)其設計的高價(jià)值特性，讓他們的產(chǎn)品在競爭中脫穎而出。預驗證的視頻 IP 模塊和參考設計不僅能縮短設計周期，還能免費立即獲得。此外，這些 IP 模塊在 CrossLink 和 CrossLinkplus 產(chǎn)品系列均可復用。

萊迪思還提供易于使用的硬件和軟件工具來(lái)模擬功能表現、驗證系統級功能、加速產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。器件上的嵌入式閃存讓設計人員可以在現場(chǎng)更新位流，滿(mǎn)足不斷變化的市場(chǎng)需求。全新CrossLinkPlus還能幫助工程師解決嚴格的尺寸和功耗限制問(wèn)題，同時(shí)避免了使用外部閃存產(chǎn)生更多功耗。

從競爭力角度而言，該器件的單位尺寸硬核 MIPI D-PHY 速率為業(yè)界最快。萊迪思 CrossLinkPlus 與相似的競品相比不僅尺寸更小，D-PHY 性能更強，功耗也更低。

萊迪思為加速產(chǎn)品開(kāi)發(fā)提供了大量支持。例如，萊迪思會(huì )定期推出基于CrossLink和CrossLinkPlus的新參考設計。這些參考設計都是為在新的或現有產(chǎn)品設計上實(shí)現流行的視頻橋接特性而定制的。

圖2：萊迪思CrossLinkPlus FPGA不僅提供高性能的MIPI D-PHY，而且功耗極低

新的應用

CrossLinkPlus的常見(jiàn)用例表明它可以賦予設計人員高度的設計靈活性。下列圖3描述了如何使用該器件橋接不同接口的傳感器和處理器。這此案例中，設計人員面臨這樣一個(gè)問(wèn)題： 一方面它們希望利用MIPI處理器的成本、性能和尺寸的優(yōu)勢；另一方面，他們希望保留采用行業(yè)標準的現有攝像頭。在圖3的機器視覺(jué)應用中，設計人員采用CrossLinkPlus來(lái)橋接Sub-LVDS接口的攝像頭和D-PHY接口的MIPI處理器。

萊迪思 CrossLinkPlus 的第二個(gè)潛在應用是聚合多個(gè)傳感器的輸入，并將其發(fā)送至應用處理器。例如，在圖4中，三個(gè)圖像傳感器通過(guò)三個(gè) D-PHY 端口與 CrossLinkPlus 器件連接。CrossLinkPlus 將傳感器數據聚合，通過(guò)單個(gè) D-PHY 輸出至處理器。設計人員可以通過(guò)這種聚合功能優(yōu)化使用處理器有限的 I/O 資源。

圖4：萊迪思CrossLinkPlus可以在一個(gè)端口上聚合多個(gè)傳感器信號，節約處理器的I/O

設計人員還可以使用CrossLinkPlus來(lái)實(shí)現MIPI信號分離或復制。在圖5中，設計人員將來(lái)自傳感器的信號饋送到CrossLinkPlus器件中，然后將輸出拆分或將其復制到兩個(gè)單獨的輸出中。萊迪思認為這種方法將越來(lái)越多地應用于智能汽車(chē)的ADAS或注重數據冗余備份的應用中。在此案例中，來(lái)自攝像頭的信號進(jìn)入萊迪思CrossLinkPlus器件，并被復制到兩個(gè)輸出流中。一個(gè)被發(fā)送到實(shí)時(shí)處理數據的應用處理器。第二個(gè)被存檔到本地或云端進(jìn)行數據記錄和備份，類(lèi)似飛機的黑匣子。若發(fā)生故障或交通事故，調查人員可以查看數據備份，確定事故原因。

下圖6展示了設計人員如何使用CrossLinkPlus將傳統顯示器連接到新的高性能AP。許多工業(yè)控制應用在連接OpenLDI接口的傳統顯示屏和AP時(shí)，需要采用橋接器件，因為OpenLDI顯示屏通常比MIPI顯示屏大很多。新的MIPI應用處理器通過(guò)D-PHY將數據傳送到CrossLinkPlus。然后，該器件使用OpenLDI橋接，將數據發(fā)送到傳統顯示屏。同樣，CrossLinkPlus可用于橋接非MIPI接口的圖像傳感器和MIPI AP。

圖5：在該ADAS視覺(jué)系統中，CrossLinkPlus FPGA復制攝像頭信號輸出，發(fā)送至應用處理器和數據備份處

結論

如今，有了萊迪思CrossLinkPlus，那些希望加快嵌入式視覺(jué)開(kāi)發(fā)的設計師們就無(wú)需苦苦尋找了。通過(guò)將FPGA的可重編程性引入嵌入式視覺(jué)系統，CrossLinkPlus讓設計人員可以利用MIPI組件提供的成本和性能優(yōu)勢。其硬核D-PHY接口可提供行業(yè)領(lǐng)先的性能，嵌入式閃存可實(shí)現瞬時(shí)顯示。該器件的運行功耗極低，尺寸小，有助于簡(jiǎn)化散熱管理，對各類(lèi)常用接口和傳統接口的支持最大限度地提高了設計靈活性。最后，CrossLinkPlus全面的、預先驗證且免費的IP庫進(jìn)一步加快了開(kāi)發(fā)速度，讓設計人員將更多時(shí)間用于設計的核心部分——提升競爭優(yōu)勢。

圖6：在該應用示例中，萊迪思CrossLinkPlus實(shí)現了傳統顯示器和現代應用處理器之間的連接