ArmSom--摄像头开发指南(一）

一. 简介

RK3588从入门到精通

开发板：ArmSoM-W3

Kernel：5.10.160

OS：Debian11

本⽂主要介绍在Rockchip平台下Camera相关代码配置，MIPI-CSI调试的通路解析

名词解释：

CSI ( Camera Serial Interface )：主机处理器与摄像头模块之间的高速串行接口

DSI ( Display Serial Interface )：主机处理器与显示模块之间的高速串行接口

ISP ( Image Signal Processor )： 即图像信号处理模块， 主要作用是对前端图像传感器输出的信号做后期处理，依赖于 ISP 才能在不同的光学条件下都能较好的还原现场细节。

VICAP（ Video capture ）：视频捕获单元

MIPI-DPHY ：Rockchip芯片中符合MIPI-DPHY协议的控制器。

二. MIPI-CSI基础概念

MIPI：移动产业处理器接口(Mobile Industry Processorinterface) 是MIPI联盟发起的为移动应用处理器制定的开放标准。

CSI: MIPI-CSI-2协议是MIPI联盟协议的子协议，专门针对摄像头芯片的接口而设计。

由于其高速，低功耗的特点，MIPI-CSI2协议极大的支持了高清摄像头领域的发展，CSI-2协议遵循的物理标准有两个，分别为C-PHY和D-PHY。

D-PHY与C-PHY区别： 从实用角度来看，主要是数据线和时钟线的区别，还有传输速率，C-PHY通过某些技术改良，使数据传输速度更快。

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

三. MIPI-CSI硬件配置

RK3588 camera 资源硬件拥有2路DCPHY，2路DPHY，一路DVP，6路CSI HOST，一个vicap控制器，2个isp控制器。 其中2路DPHY可以分解成4x2lane的模式工作。

硬件通路框图如下：

MIPI-CSI资源介绍 ：

2lane最大带宽是5G，分辨率可以达到8M30帧，4lane最大带宽达到10G。

三. MIPI CSI用法

3.1 DPHY

rk3588支持两个dcphy，节点名称分别为csi2_dcphy0/csi2_dcphy1。每个dcphy硬件支持RX/TX 同时使用，对于camera输入使用的是RX。支持DPHY/CPHY协议复用；需要注意的是同一个dcphy的TX/RX 只能同时使用DPHY或同时使用CPHY

rk3588支持2个dphy硬件，这里我们称之为dphy0_hw/dphy1_hw，两个dphy硬件都可以工作在full mode 和split mode两种模式下

​ Full Mode： ​ 仅使用csi2_dphy0,csi2_dphy0与csi2_dphy1/csi2_dphy2互斥,不可同时使用;

​ data lane最大4 lanes;

​ 最大速率2.5Gbps/lane;

​ Split Mode： ​ 仅使用csi2_dphy1和csi2_dphy2, 与csi2_dphy0互斥,不可同时使用;

​ csi2_dphy1和csi2_dphy2可同时使用;

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

​ csi2_dphy1对应物理dphy的lane0/lane1;

​ csi2_dphy2对应物理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软件通路如下：

四. camera相关配置

4.1 Camera 软件驱动目录

Camera相关驱动文件如下：

|-- arch/arm/boot/dts DTS配置文件

|-- drivers/phy/rockchip

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

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

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

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

|-- drivers/media

|-- platform/rockchip/cif RKCIF驱动

|-- platform/rockchip/isp RKISP驱动

|-- dev 包含 probe、异步注册、clock、pipeline、 iommu及media/v4l2 framework

|-- capture 包含 mp/sp/rawwr的配置及 vb2，帧中断处理

|-- dmarx 包含 rawrd的配置及 vb2，帧中断处理

|-- isp_params 3A相关参数设置

|-- isp_stats 3A相关统计

|-- isp_mipi_luma mipi数据亮度统计

|-- regs 寄存器相关的读写操作

|-- rkisp isp subdev和entity注册

|-- csi csi subdev和mipi配置

|-- bridge bridge subdev，isp和ispp交互桥梁

|-- platform/rockchip/ispp rkispp驱动

|-- dev 包含 probe、异步注册、clock、pipeline、 iommu及media/v4l2 framework

|-- stream 包含 4路video输出的配置及 vb2，帧中断处理

|-- rkispp ispp subdev和entity注册

|-- params TNR/NR/SHP/FEC/ORB参数设置

|-- stats ORB统计信息

|-- i2c

|-- imx415.c CIS(cmos image sensor)驱动

4.2 Sensor驱动开发移植

Sensor 驱动位于 drivers/media/i2c 目录下，Sensor 驱动与 RKCIF 或者 RKISP1 驱动最大程度上独立，二者异步注册，在dts中由 remote-endpoint 声明 连接关系。

Sensor 驱动的开发移植概括为 5 个部分

1.按照 datasheet 编写上电时序，主要包括 vdd、reset、powerdown、clk 等

2.配置 sensor 的寄存器以输出所需的分辨率、格式

3.编写 struct v4l2_subdev_ops 所需要的回调函数，一般包括 set_fmt、get_fmt、s_stream、s_power

4.增加 v4l2 controller 用来设置如fps、exposure、gain、test pattern

5.编写 probe()函数，并添加 Media Control 及 Sub Device 初始化代码

Documentation/devicetree/bindings/media/i2c/下面有对驱动的Documentation可供参考，板级 dts 可以根据该文档快速配置。

在板级 dts 中，引用 Sensor 驱动，一般需要：

1.配置正确的 clk及io mux

2.根据原理图设置上电时序所需要的 regulator 及 gpio

3.增加 port 子节点，与 cif 或者 isp 建立连接

4.2.1 上电时序

不同 Sensor 对上电时序要求不同，可能很大部分的 Sensor 对时序要求不严格，只要 mclk、vdd、reset 和 powerdown 状态是对的、就能正确进行 I2C 通讯并输出图片，而不用关心上电的先后顺序及延时， Sensor 厂家提供的 DataSheet 中，一般会有上电时序图，只需要按顺序配置即可。

__imx415_power_on() //控制上电时序部分

__imx415_power_off() //控制下电时序部分

在probe()阶段会去尝试读取 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;

如果能够正确读取到chip id，一般就认为上电时序正确，Sensor 能够正常进行 i2c 通信

一般在imx415_check_sensor_id()中出现问题、按照以下方式排查

1.先将__imx415_power_off()注释掉

2.检查i2c从地址、i2c读函数

3.可以抓下i2c的波形

4.2.2 Sensor 初始化寄存器列表

在imx415的驱动中，定义了struct imx415_mode supported_modes[]，用来表示Sensor 支持的不同初始化 mode，即Sensor可以输出不同分辨率的图像、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。

这里支持很多种imx415模组的分辨率配置，默认是3864x2192@30fp，查看下面代码可知会以一种分辨率来做为默认的配置：

适配新的分辨率需要替换新的初始化列表，例如imx415摄像头，仅支持30帧，但是需要提升到60帧。

sensor本身支持的最大mipi传输速率，每秒传输的数据量是width * height * 10bit * fps，这个也是有上限，不能无限制提高。 IMX415的DateSheet上写的就是支持3864x2192@30fps，要调整为60帧，需要厂家提供一组低分辨率的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 表示结束。

4.2.3 回调函数

v4l2_subdev_ops 回调函数是 Sensor 驱动中逻辑控制的核心，包含丰富的接口给上层应用调用

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

部分成员函数：

open - Userspace通过在打开/dev/v4l-subdev?节点时，会调用到该.open()函数。

s_power - 包括power on和power off。在这里上电或者下电

enum_mbus_code - 用于枚举支持的媒体总线（Media Bus）格式代码。媒体总线是V4L2系统中用于描述图像格式的标准。这个函数可能会列出IMX415传感器支持的不同媒体总线格式代码。

enum_frame_size - 用于枚举传感器支持的不同帧尺寸（分辨率）。这个函数可能会返回一组可用的帧尺寸选项，供应用程序选择。

enum_frame_interval - 用于枚举传感器支持的不同帧间隔（帧速率）。它会返回可用的帧间隔选项，以供应用程序选择。

get_fmt - 用于获取当前传感器的图像格式。应用程序可以使用它来查询当前设置的图像格式。

set_fmt - 用于设置传感器的图像格式。应用程序可以使用它来配置所需的图像格式。

get_selection - 用于获取当前传感器的图像选择（ROI - Region of Interest）。这允许应用程序了解当前的感兴趣区域设置。

get_mbus_config - 用于获取媒体总线配置，包括数据总线宽度、时序等信息。

这些函数在V4L2子设备的驱动程序中起着关键的作用，允许应用程序配置和控制IMX415传感器，以捕获图像和视频数据。

4.3 DTS配置

这里是单路Camera的dts配置说明，以imx415摄像头为例 。

案例场景：这里使用的是csi2_dphy0的单路camera配置：

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

在这个通路下，会注册medio0和medio1这两个节点。

4.3.1 配置sensor端

我们需要根据板子原理图的MIPI CSI接口找到sensor是挂在哪个I2C总线上，然后在对应的I2C节点配置camera节点，正确配置camera模组的I2C设备地址、引脚等属性。sensor对应驱动路径在kernel\drivers\media\i2c下面。 下面是imx415配置：

注意：

data-lanes必须指明具体使用的lane数，否则无法识别为mipi 类型;

module-index与iq文件中的moduleId相关，<0>对应moduleId配置为m00，<1>对应moduleId配置为m01，m是“module”的缩写，01是十进制数字；

module-name与module-lens-name命令与设备/etc/iqfiles中对应sensor的iq文件名后面相同。这里对应的Sensor iq文件是“imx415_CMK-OT2022-PX1_IR0147-50IRC-8M-F20.json”，注意大小写有区分

4.3.2 csi2_dphy0配置

csi2_dphy0与csi2_dphy1/csi2_dphy2互斥,不可同时使用。另外需要使能csi2_dphy0_hw物理节点

4.3.3 isp相关配置

&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>; }; }; };

一个ISP可以接多个Sensor，但只能分时复用。通过配置dts，将多个Sensor链接到MIPI DPHY后，可通过media-ctl切换Sensor。

4.4 多摄像头配置

上述是单目4lan摄像头的配置，DPHY处于Full Mode下，这里有一份DPHY处于Split Mode下，配置四个2lan摄像头的例子：

链路配置：

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

这里配置四个同一型号的摄像头，如果是有其他类型的摄像头需要添加，更新、替换相应的sensor驱动。

五. 结语

这里借用ArmSoM-W3开发板上的imx415模组介绍在rockchip平台关于camera的部分配置 ，在开发和配置摄像头驱动时，每个具体型号的摄像头可能有其独特的设置和要求。如果你对其他型号的摄像头或其他嵌入式系统组件有疑问，或者需要更多定制的帮助，可以在ArmSom论坛提出问题，与其他开发者分享经验和获取支持。