Einfach Länger: MIPI/CSI-2 Module bis 15m Kabellänge mit FPD-Link III

Wer sich dieses Jahr auf der Embedded World in Nürnberg rund um das Thema Embedded Vision informierte, der kam nicht daran vorbei, sich mit dem Thema MIPI/CSI-2, auseinanderzusetzen. Hinter der Abkürzung verbirgt sich das Camera Serial Interface 2 (CSI-2), spezifiziert durch die Mobile Industry Processor Interface Alliance. Die MIPI Alliance, bestehend aus weltweit über 250 Unternehmen, spezifiziert Schnittstellen für mobile Endgeräte. Darunter fallen nicht nur Kamera-Schnittstellen wie CSI-2, sondern auch z.B. Schnittstellen für Displays (Display Serial Interface 2, DSI-2) oder Audiogeräte (SoundWire, SLIMbus). Die MIPI Alliance hat sich das Ziel gesetzt, Schnittstellen für mobile Endgeräte zu vereinheitlichen und Möglichkeiten zu schaffen, verschiedene Schnittstellen über die gleichen physischen Layer zu bedienen. Mittlerweile hält die Schnittstelle auch Einzug in die Industrie und die dort eingesetzten Embedded-Systeme. Die Gründe sind dabei vielfältig: Zum einen werden SoCs, die ursprünglich aus dem Smartphone Segment stammen, mittlerweile auch als industrielle Varianten angeboten und bieten von Haus aus die CSI-2 Schnittstelle an, zum anderen aber sind die Komponenten der MIPI Schnittstellen extrem weit verbreitet, hervorragend getestet, preisgünstig und auf einen sehr niedrigen Energieverbrauch ausgelegt.

MIPI for Vision

Ferner bieten heutige SoCs mit MIPI/CSI-2 Eingängen in aller Regel hardwarebeschleunigte Bildvorverarbeitungsoperationen über einen Image Signal Processor (ISP) an. Der ISP übernimmt Operationen wie z.B. De-Mosaicing oder Farbkorrektur und auf manchen Plattformen sogar anspruchsvolle Aufgaben wie H.264/H.265 Kodierung oder Verzeichnungskorrektur. Die ISPs verarbeiten dabei meist nur Daten, die über die MIPI/CSI-2 Eingänge geliefert werden. Dies schließt also eine Prozessierung von Daten aus GigE-Vision oder USB3-Vision Geräten per ISP aus. Möchte man die Hardware-Ressourcen des SoCs inklusive ISP aber optimal nutzen, ist eine Nutzung der MIPI/CSI-2 Schnittstelle Pflicht. Dadurch, dass der SoC aber nahezu die komplette Bildvorverarbeitung übernimmt, also Operationen, die im Falle industrieller Kameras häufig auf der Kamera direkt gerechnet wurden, erlaubt dies ein kompaktes und kostengünstiges Design des Kamera-Moduls. Als weiterer Treiber für MIPI/CSI-2 wirkt derzeit die Automotive Industrie vor dem Hintergrund intelligenter Fahrassistenzsysteme. Kaum ein Fahrzeug, das heutzutage vom Band läuft, wird ohne Kamera-Module oder Displays ausgeliefert. Neben Fahrassistenzsystemen, wie digitalen Rückspiegeln, Surround View, Abstandsregelung oder Kollisionsverhinderung, werden die Protokolle der MIPI Alliance z.B. auch für Infotainment Systeme genutzt.

15 m Cable Thanks to FPD-Link III

Doch insbesondere im Automotive Bereich ist man schnell mit der Problematik konfrontiert, dass klassische Flachbandkabel, wie sie z.B. in Smartphones zwischen SoC und Kameramodul genutzt werden, selten Kabellängen über 30cm erlauben. Soll z.B. ein Fahrzeug für Surround-View-Anwendungen mit Kamera-Modulen ausgestattet werden, sind Kabellängen von mehreren Metern Pflicht. Gleiches gilt häufig im Falle industrieller Applikationen, in denen die Kameramodule in Anlagen verbaut sind. Abhilfe schafft hier die Flat Panel Display Link III (FPD-Link III) Schnittstelle von Texas Instruments. Die Schnittstelle wurde ausgelegt für die Übertragung von hochauflösenden Videodaten für Automotive Applikationen. Neben der reinen Datenübertragung bietet die Schnittstelle sowohl bidirektionale Kanäle für Kontrollbefehle (z.B. zur Konfiguration eines Kamera-Moduls über I2C oder Feedback eines Touch-Displays), als auch die Möglichkeit der Stromversorgung, über ein einziges Koaxialkabel, das heißt das Kabel ist dünn, flexibel und günstig, Eigenschaften, die in preissensitiven Massenmärkten wie der Automobilbranche eine entscheidende Rolle spielen. Für die Übertragung der MIPI/CSI-2 Signale über FPD-Link III kommen zwei zusätzliche Komponenten zum Einsatz: Ein Serializer, der von MIPI/CSI-2 auf FPD-Link III übersetzt und ein Deserializer, der von FPD-Link III zurück zu MIPI/CSI-2 übersetzt (Ser-Des). Während der Serializer direkt am Kameramodul platziert wird, befindet sich der Deserializer nahe dem MIPI/CSI-2 Eingang des verarbeitenden SoCs. Die FPD-Link III Strecke verhält sich für den Anwender vollständig transparent. The Imaging Source hat die Notwendigkeit längerer Übertragungsstrecken bereits erkannt und bietet mittlerweile zusammen mit seinen MIPI/CSI-2 Modulen FPD-Link III Brücken für gängige Embedded-Systeme, wie z.B. NVIDIA Jetson, an.

Der obige Artikel, verfasst von Dr. Oliver Fleischmann (Projektmanager bei The Imaging Source), wurde in der April-Ausgabe (02 2019) der Zeitschrift inVISION unter dem Titel, "Einfach länger: MIPI/CSI-2 Module bis 15m Kabellänge mit FPD-Link III" veröffentlicht.