莱迪思CrossLink 视频接口桥接方案

莱迪思CrossLink视频接口桥接方案如果请嵌入式视频系统设计工程师谈谈产品设计过程中有哪些很难对付的挑战的话，可能大多数都会认为是快速且不断发展的I/O接口。移动应用处理器的巨大进步、低成本图像传感器和显示屏的快速普及以及MIPI标准接口的广泛采用在过去几年里彻底改变了嵌入式系统设计。现在，移动平台是创新的主战场，不仅是在智能手机和平板电脑领域，数码单反相机、无人机、虚拟现实（VR）系统、医疗设备和工业显示领域也是如此。理想的情况是系统中的每个器件都可以直接连接到应用处理器，但对于目前新兴的视频市场来说并非总能如愿。经常发生的情况是处理器接口的类型或数量不适配系统中的图像传感器或显示屏。VR和3D视频应用设计工程师不断寻求更高的性能。例如，怎样才能快速又经济地从单个输入接收信号，然后传输到两个显示屏？亦或是无人机设计工程师在思考如何实现接收多个摄像头的输入，并以精确同步的方式将各幅画面合并为尺寸更大的单幅图像帧？可惜的是选择余地非常有限，并且现有的方案也是性能有限，功耗高，尺寸大。对于目前的嵌入式视频系统，设计工程师需要的是高性能、低功耗、紧凑的接口桥接解决方案，能够最大限度地提高设计灵活性和实现设计创新，解决上文中提到的连接问题。理想的桥接解决方案要能够转换摄像头、显示屏和处理器之间不兼容的接口，将多个视频流输入合并成单个接口输出，或是将视频流拆分为多个输出。并且，还要能够支持各种新的和传统的接口。最后，该解决方案还要在不违反严格的功耗和尺寸预算的情况下提供高水平的性能。全新的CrossLink™解决方案——建起互连的桥梁为了解决上述日趋严重的问题，莱迪思半导体推出了业界首款可编程专用标准产品（pASSP™）接口桥接解决方案——CrossLink™，支持移动图像传感器和显示屏采用的主流协议。CrossLink器件结合了FPGA的灵活性和快速的产品上市进程以及ASSP的功耗和功能优化特性，定义了全新类别的pASSP器件，可为用户提供FPGA和ASSP的突出优点。作为该类产品中的首款解决方案，CrossLink器件可实现低成本视频接口桥接应用，提供超高的带宽、超低的功耗以及超小的尺寸。上述优势使其成为虚拟现实（VR）头盔、无人机、数码单反相机、智能手机、平板电脑以及可穿戴设备等应用的理想选择。CrossLink器件的潜力所在是其全面的功能。这款器件在性能方面树立了全新的标杆——业界超快的MIPID-PHY桥接解决方案，支持高达12Gbps的速率。为了向设计工程师提供尽可能大的灵活性，这款革命性的全新器件还支持多种接口和协议，包括MIPID-PHY、MIPICSI-2、MIPIDSI以及大量的传统接口和协议，如CMOS、RGB、MIPIDPI、MIPIDBI、SubLVDS、SLVS、LVDS和OpenLDI。同时，CrossLink解决方案专为消费电子应用进行了高度优化。在多种使用情境下，它的工作功耗小于100mW，并且它是首款带有内置睡眠模式的可编程桥接解决方案。这款功能全面的小尺寸器件封装尺寸小至6mm2。并且充分结合了FPGA的灵活性和ASSP的性能这两点优势，可为视频技术提供最佳支持。为了提供完全可定制的桥接解决方案，CrossLink器件包含带有多个物理接口的移动FPGA。每个CrossLinkIC具备最多2个嵌入式MIPID-PHY硬核，每个硬核具备最多4条数据通道以及1条时钟线，以支持传输和接收功能。相邻的FPGA具备5，936个LUT、180Kbit的RAM以及47Kbit的分布式RAM。这些FPGA资源足以支持各类视频功能，包括多路复用、合并、多路解复用、仲裁、拆分、数据转换以及自定义协议设计。使用2个D-PHY时的数据速率最高为1.5Gbps/条，使用可编程差分I/O时的速率最高为1.2Gbps/条。CrossLink器件还添加了15个可编程差分I/O、大量GPIO资源、10KHz和48MHz振荡器和PLL、2个用于系统功能的用户I2C嵌入式硬核以及I2C/SPI器件配置。开发支持为了帮助客户加速开发进度和产品上市进程，莱迪思提供CrossLink器件的大量开发资源。作为产品支持的一部分，莱迪思为开发工程师提供LatticeDiamond，FPGA设计和验证软件，以及PowerEstimator工具和产品手册。公司还提供来自ClarityDesign的免费IP，支持实现各类显示和摄像应用接口：基础的CrossLink开发套件包含1块SMA子板和孔径为0.1英寸的子板，便于连接各种图像传感器、显示屏和应用处理器。用户还可以购买额外的子板。RaspberryPi子板支持两个摄像头连接到RaspberryPi电路板。典型的CrossLink应用一、MIPICSI-2图像传感器扩展在这个市场上激动人心的全新应用不断涌现，其中许多都需要一个摄像头聚合器作为中心来管理多个MIPICSI-2图像传感器。针对这些应用，设计工程师可能需要将多个图像传感器输入合并成单幅更大的图像帧，以及在多个图像传感器之间多路复用或是在虚拟通道的图像传感器之间进行仲裁。举个例子，为了创造景深感觉或者是增强现实系统，就必须使用桥接解决方案以合并多个MIPICSI-2摄像头输入为单个更大的图像帧输出。CrossLink解决方案能够使得设计工程师同时连接到多个MIPICSI-2图像传感器。然而，要建立能够将多个CSI-2摄像头输入合并为单个更大的图像帧输出的桥接需要解决一些不常见的挑战。该桥接必须以最小的延迟在同一时刻精确捕捉到每个图像传感器。随后它必须将各个传感器输入的图像合并成单幅更大的图像帧，并以更快的视频流发送出去。传感器不仅必须以最小的延迟保持同步——需要通用引脚控制，还需要共享时钟域。在许多情况下，各图像传感器也需要独立的上电时序。上文中提到的每个功能都需要额外的I/O用于针对特定应用进行定制。二、工业传感器到移动处理器在数码单反相机、监控和无人机等应用中，设计工程师将工业图像传感器桥接到移动应用处理器。这些应用中的许多工业图像传感器能够提供优良的性能，但采用的还是最初由传感器制造商开发的传统专用接口。该领域中构建嵌入式应用的设计工程师通常需要利用主