ArmSom--攝像頭開發指南(一）

一. 簡介

RK3588從入門到精通

開發板：ArmSoM-W3

Kernel：5.10.160

OS：Debian11

本?主要介紹在Rockchip平臺下Camera相關代碼配置，MIPI-CSI調試的通路解析

名詞解釋：

CSI ( Camera Serial Interface )：主機處理器與攝像頭模塊之間的高速串行接口

DSI ( Display Serial Interface )：主機處理器與顯示模塊之間的高速串行接口

ISP ( Image Signal Processor )： 即圖像信號處理模塊， 主要作用是對前端圖像傳感器輸出的信號做后期處理，依賴于 ISP 才能在不同的光學條件下都能較好的還原現場細節。

VICAP（ Video capture ）：視頻捕獲單元

MIPI-DPHY ：Rockchip芯片中符合MIPI-DPHY協議的控制器。

二. MIPI-CSI基礎概念

MIPI：移動產業處理器接口(Mobile Industry Processorinterface) 是MIPI聯盟發起的為移動應用處理器制定的開放標準。

CSI: MIPI-CSI-2協議是MIPI聯盟協議的子協議，專門針對攝像頭芯片的接口而設計。

由于其高速，低功耗的特點，MIPI-CSI2協議極大的支持了高清攝像頭領域的發展，CSI-2協議遵循的物理標準有兩個，分別為C-PHY和D-PHY。

D-PHY與C-PHY區別： 從實用角度來看，主要是數據線和時鐘線的區別，還有傳輸速率，C-PHY通過某些技術改良，使數據傳輸速度更快。

瑞芯微3588用的DPHY-v1.2 &&(D/C-PHY) DPHY-v2.0。

三. MIPI-CSI硬件配置

RK3588 camera 資源硬件擁有2路DCPHY，2路DPHY，一路DVP，6路CSI HOST，一個vicap控制器，2個isp控制器。 其中2路DPHY可以分解成4x2lane的模式工作。

硬件通路框圖如下：

MIPI-CSI資源介紹 ：

2lane最大帶寬是5G，分辨率可以達到8M30幀，4lane最大帶寬達到10G。

三. MIPI CSI用法

3.1 DPHY

rk3588支持兩個dcphy，節點名稱分別為csi2_dcphy0/csi2_dcphy1。每個dcphy硬件支持RX/TX 同時使用，對于camera輸入使用的是RX。支持DPHY/CPHY協議復用；需要注意的是同一個dcphy的TX/RX 只能同時使用DPHY或同時使用CPHY

rk3588支持2個dphy硬件，這里我們稱之為dphy0_hw/dphy1_hw，兩個dphy硬件都可以工作在full mode 和split mode兩種模式下

? Full Mode： ? 僅使用csi2_dphy0,csi2_dphy0與csi2_dphy1/csi2_dphy2互斥,不可同時使用;

? data lane最大4 lanes;

? 最大速率2.5Gbps/lane;

? Split Mode： ? 僅使用csi2_dphy1和csi2_dphy2, 與csi2_dphy0互斥,不可同時使用;

? csi2_dphy1和csi2_dphy2可同時使用;

? csi2_dphy1和csi2_dphy2各自的data lane最大是2 lanes;

? csi2_dphy1對應物理dphy的lane0/lane1;

? csi2_dphy2對應物理dphy的lane2/lane3;

? 最大速率2.5Gbps/lane;

3.2 多sensor支持

硬件支持最多采集7路sensor：6mipi + 1dvp，多sensor軟件通路如下：

四. camera相關配置

4.1 Camera 軟件驅動目錄

Camera相關驅動文件如下：

|-- arch/arm/boot/dts DTS配置文件

|-- drivers/phy/rockchip

|-- phy-rockchip-mipi-rx.c mipi dphy驅動

|-- phy-rockchip-csi2-dphy-common.h

|-- phy-rockchip-csi2-dphy-hw.c

|-- phy-rockchip-csi2-dphy.c

|-- drivers/media

|-- platform/rockchip/cif RKCIF驅動

|-- platform/rockchip/isp RKISP驅動

|-- dev 包含 probe、異步注冊、clock、pipeline、 iommu及media/v4l2 framework

|-- capture 包含 mp/sp/rawwr的配置及 vb2，幀中斷處理

|-- dmarx 包含 rawrd的配置及 vb2，幀中斷處理

|-- isp_params 3A相關參數設置

|-- isp_stats 3A相關統計

|-- isp_mipi_luma mipi數據亮度統計

|-- regs 寄存器相關的讀寫操作

|-- rkisp isp subdev和entity注冊

|-- csi csi subdev和mipi配置

|-- bridge bridge subdev，isp和ispp交互橋梁

|-- platform/rockchip/ispp rkispp驅動

|-- dev 包含 probe、異步注冊、clock、pipeline、 iommu及media/v4l2 framework

|-- stream 包含 4路video輸出的配置及 vb2，幀中斷處理

|-- rkispp ispp subdev和entity注冊

|-- params TNR/NR/SHP/FEC/ORB參數設置

|-- stats ORB統計信息

|-- i2c

|-- imx415.c CIS(cmos image sensor)驅動

4.2 Sensor驅動開發移植

Sensor 驅動位于 drivers/media/i2c 目錄下，Sensor 驅動與 RKCIF 或者 RKISP1 驅動最大程度上獨立，二者異步注冊，在dts中由 remote-endpoint 聲明 連接關系。

Sensor 驅動的開發移植概括為 5 個部分

1.按照 datasheet 編寫上電時序，主要包括 vdd、reset、powerdown、clk 等

2.配置 sensor 的寄存器以輸出所需的分辨率、格式

3.編寫 struct v4l2_subdev_ops 所需要的回調函數，一般包括 set_fmt、get_fmt、s_stream、s_power

4.增加 v4l2 controller 用來設置如fps、exposure、gain、test pattern

5.編寫 probe()函數，并添加 Media Control 及 Sub Device 初始化代碼

Documentation/devicetree/bindings/media/i2c/下面有對驅動的Documentation可供參考，板級 dts 可以根據該文檔快速配置。

在板級 dts 中，引用 Sensor 驅動，一般需要：

1.配置正確的 clk及io mux

2.根據原理圖設置上電時序所需要的 regulator 及 gpio

3.增加 port 子節點，與 cif 或者 isp 建立連接

4.2.1 上電時序

不同 Sensor 對上電時序要求不同，可能很大部分的 Sensor 對時序要求不嚴格，只要 mclk、vdd、reset 和 powerdown 狀態是對的、就能正確進行 I2C 通訊并輸出圖片，而不用關心上電的先后順序及延時， Sensor 廠家提供的 DataSheet 中，一般會有上電時序圖，只需要按順序配置即可。

__imx415_power_on() //控制上電時序部分

__imx415_power_off() //控制下電時序部分

在probe()階段會去嘗試讀取 chip id，如 imx415的 imx415_check_sensor_id，

ret = __imx415_power_on(imx415); if (ret) goto err_free_handler; ? ret = imx415_check_sensor_id(imx415, client); if (ret) goto err_power_off;

如果能夠正確讀取到chip id，一般就認為上電時序正確，Sensor 能夠正常進行 i2c 通信

一般在imx415_check_sensor_id()中出現問題、按照以下方式排查

1.先將__imx415_power_off()注釋掉

2.檢查i2c從地址、i2c讀函數

3.可以抓下i2c的波形

4.2.2 Sensor 初始化寄存器列表

在imx415的驅動中，定義了struct imx415_mode supported_modes[]，用來表示Sensor 支持的不同初始化 mode，即Sensor可以輸出不同分辨率的圖像、不同的fps等。Mode 可以包括如分辨率，Mbus Code，fps，寄存器初始化列表等。

這里支持很多種imx415模組的分辨率配置，默認是3864x2192@30fp，查看下面代碼可知會以一種分辨率來做為默認的配置：

適配新的分辨率需要替換新的初始化列表，例如imx415攝像頭，僅支持30幀，但是需要提升到60幀。

sensor本身支持的最大mipi傳輸速率，每秒傳輸的數據量是width * height * 10bit * fps，這個也是有上限，不能無限制提高。 IMX415的DateSheet上寫的就是支持3864x2192@30fps，要調整為60幀，需要廠家提供一組低分辨率的sensor配置，比如1080P@60fps，然后添加到struct imx415_mode supported_modes[]的.reg_list中，reg_list列表最后用了 REG_NULL 表示結束。

4.2.3 回調函數

v4l2_subdev_ops 回調函數是 Sensor 驅動中邏輯控制的核心，包含豐富的接口給上層應用調用

static const struct v4l2_subdev_ops imx415_subdev_ops = { .core = &imx415_core_ops, .video = &imx415_video_ops, .pad = &imx415_pad_ops, };

部分成員函數：

open - Userspace通過在打開/dev/v4l-subdev?節點時，會調用到該.open()函數。

s_power - 包括power on和power off。在這里上電或者下電

enum_mbus_code - 用于枚舉支持的媒體總線（Media Bus）格式代碼。媒體總線是V4L2系統中用于描述圖像格式的標準。這個函數可能會列出IMX415傳感器支持的不同媒體總線格式代碼。

enum_frame_size - 用于枚舉傳感器支持的不同幀尺寸（分辨率）。這個函數可能會返回一組可用的幀尺寸選項，供應用程序選擇。

enum_frame_interval - 用于枚舉傳感器支持的不同幀間隔（幀速率）。它會返回可用的幀間隔選項，以供應用程序選擇。

get_fmt - 用于獲取當前傳感器的圖像格式。應用程序可以使用它來查詢當前設置的圖像格式。

set_fmt - 用于設置傳感器的圖像格式。應用程序可以使用它來配置所需的圖像格式。

get_selection - 用于獲取當前傳感器的圖像選擇（ROI - Region of Interest）。這允許應用程序了解當前的感興趣區域設置。

get_mbus_config - 用于獲取媒體總線配置，包括數據總線寬度、時序等信息。

這些函數在V4L2子設備的驅動程序中起著關鍵的作用，允許應用程序配置和控制IMX415傳感器，以捕獲圖像和視頻數據。

4.3 DTS配置

這里是單路Camera的dts配置說明，以imx415攝像頭為例 。

案例場景：這里使用的是csi2_dphy0的單路camera配置：

鏈路配置： imx415 —> csi2_dphy0 —> mipi2_csi2 —> rkcif_mipi_lvds2—>rkcif_mipi_lvds2_sditf —>rkisp0_vir2

在這個通路下，會注冊medio0和medio1這兩個節點。

4.3.1 配置sensor端

我們需要根據板子原理圖的MIPI CSI接口找到sensor是掛在哪個I2C總線上，然后在對應的I2C節點配置camera節點，正確配置camera模組的I2C設備地址、引腳等屬性。sensor對應驅動路徑在kernel\drivers\media\i2c下面。 下面是imx415配置：

注意：

data-lanes必須指明具體使用的lane數，否則無法識別為mipi 類型;

module-index與iq文件中的moduleId相關，<0>對應moduleId配置為m00，<1>對應moduleId配置為m01，m是“module”的縮寫，01是十進制數字；

module-name與module-lens-name命令與設備/etc/iqfiles中對應sensor的iq文件名后面相同。這里對應的Sensor iq文件是“imx415_CMK-OT2022-PX1_IR0147-50IRC-8M-F20.json”，注意大小寫有區分

4.3.2 csi2_dphy0配置

csi2_dphy0與csi2_dphy1/csi2_dphy2互斥,不可同時使用。另外需要使能csi2_dphy0_hw物理節點

4.3.3 isp相關配置

&rkcif_mipi_lvds2_sditf { status = "okay"; ? port { mipi_lvds2_sditf: endpoint { remote-endpoint = <&isp0_vir0>; }; }; }; ? &rkisp0 { status = "okay"; }; ? &isp0_mmu { status = "okay"; }; ? &rkisp0_vir0 { status = "okay"; ? port { #address-cells = <1>; #size-cells = <0>; ? isp0_vir0: endpoint@0 { reg = <0>; remote-endpoint = <&mipi_lvds2_sditf>; }; }; };

一個ISP可以接多個Sensor，但只能分時復用。通過配置dts，將多個Sensor鏈接到MIPI DPHY后，可通過media-ctl切換Sensor。

4.4 多攝像頭配置

上述是單目4lan攝像頭的配置，DPHY處于Full Mode下，這里有一份DPHY處于Split Mode下，配置四個2lan攝像頭的例子：

鏈路配置：

imx464 _1—> csi2_dphy1 —> mipi2_csi2 —> rkcif_mipi_lvds2—>rkcif_mipi_lvds2_sditf —>rkisp0_vir0 ? imx464 _2—> csi2_dphy2 —> mipi3_csi2 —> rkcif_mipi_lvds3—>rkcif_mipi_lvds3_sditf —>rkisp0_vir1 ? imx464 _3—> csi2_dphy4 —> mipi4_csi2 —> rkcif_mipi_lvds4—>rkcif_mipi_lvds4_sditf —>rkisp1_vir0 ? imx464 _4—> csi2_dphy5 —> mipi5_csi2 —> rkcif_mipi_lvds5—>rkcif_mipi_lvds5_sditf —>rkisp1_vir0

這里配置四個同一型號的攝像頭，如果是有其他類型的攝像頭需要添加，更新、替換相應的sensor驅動。

五. 結語

這里借用ArmSoM-W3開發板上的imx415模組介紹在rockchip平臺關于camera的部分配置 ，在開發和配置攝像頭驅動時，每個具體型號的攝像頭可能有其獨特的設置和要求。如果你對其他型號的攝像頭或其他嵌入式系統組件有疑問，或者需要更多定制的幫助，可以在ArmSom論壇提出問題，與其他開發者分享經驗和獲取支持。