임베디드 시스템 개발자는 모바일 프로세서의 혁신, 널리 수용되는 MIPI 표준 인터페이스, 차세대 저비용 이미지 센서 및 디스플레이를 사용하여 고성능 저비용 제품을 구축하고 있지만 여전히 많은 문제를 해결해야 합니다.
성능이 급격히 향상됨에 따라 필요한 인터페이스에 필요한 유형과 수량을 예측하는 방법은 무엇입니까? 이러한 프로세서를 사용하는 동안 이러한 프로세서를 사용하여 기존 디스플레이 및/또는 이미지 센서의 가치에 대해 기존 디스플레이 및/또는 이미지 센서의 가치를 갖는 방법은 무엇입니까? 다양한 인터페이스 유형을 저비용으로 신속하게 연결하고 성공적인 설계를 보장하는 방법은 무엇입니까?
이 기사에서는 새로운 인터페이스로의 마이그레이션과 새롭고 오래된 장치를 연결하는 것과 관련된 영향 및 설계 문제를 소개하고 몇 가지 실행 가능한 솔루션과 적용 방법을 소개합니다.
Bridge의 새로운 비디오 인터페이스 혁신적인 저비용 비디오 브리지 솔루션에 대한 사람들의 요구가 증가하고 있습니다. 예를 들어, 모니터링 시스템, 드론 또는 DSLR 카메라 설계자는 최신 혁신 기술인 온-핫 모바일 애플리케이션 프로세서(AP)를 사용하기를 원합니다. 이를 위해 일반적으로 독점적인 기존 이미지 센서 인터페이스의 신호를 대부분의 AP에 사용되는 모바일 MIPI CSI-2 이미지 센서 인터페이스로 변환해야 합니다.
디자이너가 차세대 가상 현실(VR) 헤드폰을 구축하는 경우 단일 MIPI DSI 인터페이스에서 비디오를 변환하고 두 개의 MIPI DSI 디스플레이로 분할해야 합니다. 이는 시스템 성능을 향상시킬 뿐만 아니라 제품 침수 효과도 더 강력합니다(그림 1). AP가 단일 DSI 인터페이스만 제공하거나 이미 다른 기능에 특별히 사용되는 사용 가능한 인터페이스 중 하나를 제공하는 경우 이러한 새로운 애플리케이션을 지원하는 방법은 무엇입니까?
마찬가지로 HMI(인간-기계 인터페이스) 솔루션 또는 지능형 디스플레이 개발자도 산업 등급 디스플레이에 대한 막대한 투자 가치를 유지하기를 원할 수 있습니다. 그러나 이렇게 하려면 OpenLDI/LVDS 또는 전용 인터페이스 브리지에서 모바일 AP의 CSI-2 인터페이스를 수신해야 합니다.
때로는 여러 비디오 스트림을 더 큰 프레임 출력에 넣어 깊은 인식을 만들거나 현실 시스템을 향상시켜야 할 수도 있습니다. 이때 카메라 센서와 이미지 프로세서 사이에 위치한 브리징 솔루션을 적시에 캡처하여 여러 CSI-2 출력을 적시에 캡처하고 지연을 최소화할 수 있습니다. 이를 위해서는 범용 핀 제어가 필요합니다. 여러 합성 비디오 스트림도 동일한 클록을 공유해야 하며 경우에 따라 별도의 전원 켜기 프로그램이 필요할 수 있습니다. 각 기능을 구현하기 위해서는 쉽게 사용자 정의된 I/O가 필요합니다.
MIPI 모바일 프로세서의 적용은 자동차 제조와 같은 전통적인 산업 애플리케이션으로까지 심화되었습니다. 자동차 전자 장비의 수와 카메라 수가 증가함에 따라 첨단 보조 운전 시스템(ADAS) 및 정보 엔터테인먼트 소나드에는 더 많은 비디오 브리지가 필요합니다.
카메라는 원래 후진할 때 운전자가 관찰할 수 있도록 개발되었으며 현재 제조업체는 이 카메라를 사용하여 차량의 전체 관점을 제공합니다. 예를 들어 일부 자동차 제조업체에서는 백미러를 카메라로 교체하여 공기 저항을 줄이고 연비를 개선하고 있습니다. 설계자가 구축한 비디오 브리지 솔루션을 통해 제조업체는 여러 이미지 센서의 데이터를 요약하고 단일 CSI-2 인터페이스를 통해 AP로 전송할 수 있습니다.
범용 스위치 기본 브리지 솔루션에 대한 수요를 해결하기 위해 설계자는 일반적으로 범용 스위치를 사용합니다. Texas Instruments의 HD3SS 3212는 보드의 두 위치 간에 신호를 전송하기 위한 범용 2채널 멀티플렉서/디멀티플렉서 수동 스위치의 전형적인 예입니다(그림 XNUMX). 2). 이 장치는 최대 10Gbps 데이터 속도를 지원하는 MIPI DSI/CSI, FPDLINKII, LVDS 및 PCIe Gen IIII 표준과 호환됩니다.
설계자는 0~2V 공통 모드 전압 범위와 1800mVPP 차동 진폭이 필요한 모든 인터페이스 애플리케이션에 이 장치를 사용할 수 있습니다. 적응형 추적은 공통 모드 전압 범위 전체에서 채널이 변경되지 않은 상태로 유지되도록 합니다.
HD3SS3212는 USB Type-C 미니독 보드용 평가 모듈 및 평가 보드, 비디오 및 충전 지원이 포함된 레퍼런스 디자인을 비롯한 다양한 도구 및 지원 소프트웨어와 함께 제공됩니다.
프로그래밍 가능한 솔루션 이 문제를 해결하는 또 다른 방법은 세미 커스텀 또는 커스텀 비디오 브리지 솔루션을 사용하는 것입니다. 그러나 이러한 솔루션은 일반적으로 개발 주기가 더 길고 NRE(비정규 엔지니어링) 비용이 더 많이 드는 비교적 좁은 응용 분야에 적용 가능한 범위에 중점을 두고 있습니다. ASIC이 대표적입니다.
범용 비디오 브리지와 맞춤형 비디오 브리지 사이의 격차를 메우기 위해 비디오 브리지는 설계 유연성과 짧은 FPGA 개발 주기, 특정 애플리케이션 표준 제품(ASSP)의 기능을 결합해야 합니다. 이러한 기능을 위해 Lattice Semiconductor Crosslink LIF-MD6000 마스터 링크 평가 보드와 프로그래밍 가능한 ASSP(PASSP)에 대해 알아볼 수 있습니다(그림 3). CrossLinkIF-MD6000은 Lattice의 Diamond Design Software에서 유휴 IP 역할을 하는 평가 보드와 함께 제공됩니다. 각 PASSP는 FPGA 구조를 이동하여 XNUMX개의 MIPI D-PHY 하드 블록을 둘러쌉니다. 각 MIPI D-PHY 블록에는 최대 XNUMX개의 데이터 채널과 전송 및 수신(TX 및 RX) 지원을 위한 클럭이 있습니다. D-PHY는 4Gb/s의 속도로 최대 12K 초고화질 해상도를 전송합니다. 프로그래밍 가능한 I/O의 두 그룹은 Mipi D-PHY, MIPI CSI-2, MIPI DSI, CMOS, RGB, MIPI DPI, MIPI DBI, SUBLVDS, SLVS, LVDS, OpenLDI를 포함한 다양한 인터페이스와 프로토콜을 지원합니다.
인접한 FPGA 구조에는 5 LUT, 936KB 블록 RAM 및 180KB 분산 RAM이 포함됩니다. LUT는 논리, 알고리즘, RAM 및 ROM 기능의 기본 구성요소로 사용되는 PFU(Programmable Functional Unit)의 전용 레지스터를 따라 배포됩니다. 프로그래밍 가능한 라우팅 네트워크는 PFU 블록에 연결됩니다.
프로그래머블 I/O 그룹의 SYSMEM 임베디드 블록 RAM(EBR), 임베디드 I2C 및 임베디드 MIPI D-PHY는 PFU 열 사이에 분산됩니다. PFU 블록은 Lattice의 Diamond 설계 소프트웨어로 구성하고 각 설계를 배선할 수 있습니다.
구성 및 설정 절차에는 선택할 수 있는 다양한 지원 도구와 소프트웨어가 있습니다. 브리지 장치 외에도 LIF-MD6000 마스터 링크 평가 보드는 FTDI에 Mini USB B 유형 커넥터를 추가합니다. SPI를 사용하여 CrossLink 회로에 FTDI를 추가하고 JTAG 및 GPIO 리소스를 사용하여 X03LF 장치에 FTDI를 추가합니다. 동시에 여러 데모, 선택적 TX/RX 링크 보드 정보 및 기타 문서를 탐색할 수도 있습니다. 이 키트에는 LIFMD-IOL-EVN SMA IO 연결 인터페이스 보드와 분기 IO 링크 보드라는 두 개의 인터페이스 보드도 포함되어 있습니다. 또한 LIF-MD6000 Raspberry PI 개발 기판에는 XNUMX개의 Raspberry PI 이미지 센서를 Raspberry PI 프로세서 기판에 연결하기 위한 참조 설계 및 CrossLink 소프트 IP가 포함되어 있습니다.
개발을 단순화하고 가속화하기 위해 Lattice Semiconductor는 XNUMX가지 일반적인 비디오 브리지 솔루션을 위한 사전 설계 소프트 IP 모듈을 제공합니다. 여러 CSI-2 이미지 센서를 단일 CSI-2 출력에 연결하는 방법을 보여주는 첫 번째 솔루션(그림 4). 이 솔루션은 이미지 센서의 수를 지원하는 충분한 인터페이스를 제공하지 않는 디자인의 AP 또는 이미지 센서와 이미징 데이터 간의 프로세스 지연을 포함하는 애플리케이션을 적용합니다.
두 번째 솔루션은 1:2 및 1:1 DSI 디스플레이 인터페이스 브리지에 중점을 둡니다. 이 IP 목표는 증가하는 대역폭 요구 사항에 대한 디스플레이 기능을 넘어서는 반면 프로세서는 고성능 인터페이스 기능을 계속 제공합니다. 기존 디스플레이를 새 디스플레이로 교체하면 업그레이드하는 동안 막대한 AP 입력을 예약할 수 있습니다. 이 브리지는 또한 단일 소스의 출력을 하나가 아닌 두 개의 DSI 디스플레이로 확장할 수 있습니다.
세 번째 예제 솔루션은 LIF-MD6000 장치를 사용할 때 MIPI D-PHY 인터페이스에 CMOS의 중요한 IP를 제공합니다. Mipi D-PHY는 처음에 스마트폰과 디스플레이의 상호 연결을 처리하기 위해 개발되었지만 현재 많은 프로세서와 디스플레이는 여전히 RGB, CMOS 또는 MIPI D-PHY 인터페이스를 사용하고 있습니다. RGB 인터페이스가 있는 프로세서와 MIPI DSI 인터페이스가 있는 디스플레이 사이 또는 MOS 인터페이스가 있는 카메라와 CSI-2 인터페이스가 있는 프로세서 사이에서 솔루션은 브리지 역할을 할 수 있습니다.
네 번째 카메라 인터페이스 브리지는 AP와 초기 이미지 센서 간의 불일치 문제를 해결합니다. 많은 AP가 현재 MIPI CSI-2 인터페이스를 사용하지만 일부 고해상도 이미지 센서는 전용 sub-LVDS 출력 형식을 사용합니다. 이 브리지는 두 인터페이스 유형 간의 비호환성을 해결합니다. 브리지는 LVDS, CSI-2, HISPI 및 기타 상호 변환 형식에서도 사용할 수 있습니다.
요약 설계자는 더 많은 애플리케이션을 위해 모바일 핸드헬드 장비용으로 개발된 구성 요소가 점점 더 많아짐에 따라 시스템에서 직접 연결할 수 없는 장치를 자주 접하게 됩니다. 때때로 AP의 인터페이스 유형이나 수량은 시스템의 이미지 센서 또는 디스플레이와 일치하지 않습니다.
일부 기본 멀티플렉서/디멀티플렉서 애플리케이션의 경우 기성품 표준 아날로그 스위치가 수요를 충족할 수 있습니다. 그러나 설계자가 타협하지 않는 인터페이스 변환, 다중 비디오 스트림 결합 또는 비디오 스트림을 다중 인터페이스로 분할하는 것과 같은 좀 더 복잡한 브리지 작업을 수행함에 따라 FPGA 기반 프로그래밍 가능 브리지 솔루션에는 여러 가지 이점이 있습니다.
첫째, 이러한 솔루션을 사용하면 기존 장치의 기존 입력을 사용할 수 있으며 이미지 센서와 MIPI 인터페이스의 MIPI 인터페이스를 사용하더라도 여전히 적용됩니다. 둘째, 서로 다른 인터페이스의 여러 장치 간의 브리징을 통해 이러한 브리지 솔루션을 사용하면 더 많은 구성 요소를 선택할 수 있습니다.
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