Von USB bis MPI CSI-2
Die richtige Schnittstelle für Ihre Embedded Vision Anwendung
Die Wahl der richtigen Schnittstelle ist entscheidend für die Leistungsfähigkeit Ihres Embedded Vision Systems. Die Art der Schnittstelle hat einen direkten Einfluss auf die Datenübertragung, Bildqualität und Gesamtleistung Ihres Systems. Erfahren Sie in diesem Artikel, welche Schnittstelle die passende Lösung für Ihre Vision Anwendung ist.
Die MIPI CSI-2 Schnittstelle für Embedded Vision Anwendungen
Das White Paper bietet einen umfassenden Einblick in die Relevanz und die Merkmale dieser Embedded Vision Schnittstelle:
Was bedeutet MIPI?
Was definiert MIPI CSI-2? Was nicht?
Welche Vorteile bietet die MIPI CSI-2 Schnittstelle?
Welche Herausforderungen können bei der Verwendung von MIPI CSI-2 auftreten?
Embedded Vision System realisieren – darauf kommt es an
Sie wollen Ihr Vision Projekt realisieren und niedrige Produktionskosten sind entscheidend? Dann bietet ein Setup mit Embedded Vision Modulen die ideale Lösung.
Klein und leistungsstark – das Prozessor Board
Embedded Vision Systeme zeichnen sich durch ihre geringe Größe aus. Dadurch können Sie problemlos in kleine Geräte wie Drohnen, Roboter, Smartphones und Kameras integriert werden. Die geringe Größe der Technologie wird durch ein kleines eingebettetes Prozessor Board erreicht, das ein System on Chip (SoC) verwendet. Ein SoC ist ein elektronisches Bauteil, das die Kernelemente eines Computers enthält. Seine integrierte Grafikeinheit eignet sich besonders gut für Bildverarbeitungsaufgaben.
Obwohl ein typischer SoC nicht so leistungsfähig ist wie ein vergleichbarer PC-Prozessor, ist die Leistung eines SoCs für viele Anwendungen genau angemessen. Um ein kostengünstiges Design zu gewährleisten, wird der SoC direkt auf eine kleine Leiterplatte (PCB) gelötet, die alle für Ihr Projekt notwendigen elektronischen Komponenten enthält.
Bildverarbeitung integrieren – das Kameramodul
Eine Kamera in einem Gehäuse wäre zu groß, zu teuer und würde zu viel Strom verbrauchen. Eine gute Option für Ihre Vision Applikation ist ein Kameramodul – eine Kamera auf Leiterplattenebene. Diese Art von Kamera ist auf die Teile reduziert, die für Ihre Anwendung benötigt werden. Das spart Platz, reduziert den Stromverbrauch und die Kosten.
Das Kameramodul kann über verschiedene Schnittstellen mit der Verarbeitungsplatine verbunden werden; die gängigsten sind USB 2.0- und USB 3.0-Schnittstellen, proprietäre parallele oder serielle Schnittstellen sowie MIPI CSI-2 Schnittstellen.
Auswahlkriterien für Schnittstellen
Folgenden Faktoren sollten Sie bei der Entscheidung für eine Schnittstelle berücksichtigen:
Bandbreite: Je höher die Bandbreite, desto schneller können Daten erfasst, verarbeitet und analysiert werden.
Kabellänge: Je nach Schnittstelle unterscheiden sich die Entfernungen, die das Signal verlustfrei zurücklegt
Kosten & Verfügbarkeit: Es ist ratsam, kostengünstige Schnittstellen zu wählen, die von gängigen Anbietern leicht erhältlich sind.
Von USB 3.0 bis MIPI CSI-2: Gängige Schnittstellen im Überblick
Um die richtige Schnittstelle für Ihre Embedded Vision Anwendung auszuwählen, ist es hilfreich, die verschiedenen Optionen zu vergleichen. Wir haben die Vor- und Nachteile der gängigsten Schnittstellen für Embedded Vision für Sie zusammengefasst:
UBS 2.0 | UBS 3.0 | Proprietary Parallel interface | Proprietary Serial interface | MIPI CSI-2 | |
|---|---|---|---|---|---|
Standardized | ✔ | ✔ | ❌ | ❌ | ✔ |
Available on SoC | Very Often | On high-end SoCs | Not very often | On FPGA SoCs | Many, typically 6 lanes available |
Bandwidth | 40 MB/s | 360MB/s | Manufacturer dependent | Manufacturer dependent | 300 MB/s/lane |
Cable length | < 5 m | < 5 m | 50 cm | Manufacturer dependent, < 3 m | < 30 cm |
Space requirements | High | High | Low | Low | Low |
Plug & play | ✔ | ✔ | ❌ | ❌ | ❌ |
Devolopment costs | Low | Low | Manufacturer dependent | Manufacturer dependent | Manufacturer dependent |
USB Schnittstellen
Wenn die Entwicklungskosten streng kontrolliert werden müssen, können USB-Schnittstellen eine gute Wahl sein.
USB 2.0: ist häufig bereits auf vielen SoCs vorhanden. Das bedeutet, dass nur minimale zusätzliche Hardware, wie z. B. der USB-Anschluss, benötigt wird, um die Kamera mit dem SoC zu verbinden. Der Nachteil dieser Schnittstelle ist die geringe Bandbreite von nur bis zu 40 MB/s, die es unmöglich macht, hochauflösende Sensoren mit höherer Geschwindigkeit zu betreiben.
USB 3.0: bietet mit bis zu 360 MB/s eine deutlich höhere Bandbreite als USB 2.0. Unterstützen die Module den , ist die Integration einfach. Treiber und Kamera-SDKs beispielsweise für Linux/ARM-basierte Embedded Systeme sind standardisiert und laufen in der Regel problemlos auf solchen Systemen. Der Plug-and-Play-Charakter von USB macht die Integration solcher Module in die Anwendung sehr einfach.
Sowohl USB 2.0 als auch USB 3.0 haben eines gemeinsam: Sie erfordern relativ große Stecker und weniger flexible Kabel, was mit den strengen Platzbeschränkungen einiger Anwendungen kollidieren kann. Allerdings verfügen nur wenige High-End-SoCs über USB 3.0-Schnittstellen.
Parallele und serielle Schnittstellen
Wenn keine standardisierte Schnittstelle gewünscht ist, kann eine parallel oder seriell Schnittstelle die Lösung sein.
Parallel: Diese Schnittstellen werden meist mit flachen Flexkabeln an das Prozessor Board angeschlossen. Für solche Module wird ein SoC mit parallelem Videoeingang benötigt, der nur auf wenigen SoCs verfügbar ist. Die maximale Kabellänge ist oft auf 50 cm begrenzt.
Seriell: Kameramodule mit proprietären seriellen Schnittstellen sind hauptsächlich für den Anschluss an ein Field Programmable Gate Array (FPGA) vorgesehen. Wenn das Herzstück Ihres eingebetteten Systems bereits ein FPGA ist, kann diese Schnittstelle eine gute Wahl sein. Auch diese Module werden über ein Flachbandkabel mit dem FPGA verbunden; einige Modulhersteller erlauben Kabellängen von mehr als einem Meter.
Sowohl die seriellen als auch die parallelen Schnittstellen haben gemeinsam, dass sichergestellt werden muss, dass für die gewünschte Kamera/SoC-Kombination tatsächlich ein Kameratreiber verfügbar ist.
MIPI CSI-2 Schnittstellen
Wenn die Bandbreite über mehrere Lanes im Fokus der Entwicklung steht, sollte MIPI CSI-2 die erste Option sein.
MIPI CSI-2 ist eine Schnittstelle, die von der Mobile Industry Processor Interface Alliance (MIPI Alliance) standardisiert wurde. CSI-2 ist die Abkürzung für "Camera Serial Interface" in der zweiten Generation. Es ist die am weitesten verbreitete Schnittstelle für mobile Anwendungen und wird verwendet, um das Kameramodul eines Smartphones mit einem SoC zu verbinden.
Fast alle SoCs bieten bis zu sechs serielle Lanes, über die eine oder mehrere Kameras angeschlossen werden können. Jede Lane für sich bietet eine Bandbreite von bis zu 300 MB/s; sodass auch hochauflösende Kameramodule mit hoher Geschwindigkeit betrieben werden können. Allerdings ist die Kabellänge auf weniger als 30 cm begrenzt.
Wichtig ist auch hier, dass ein Treiber für die gewünschte Kamera/SoC-Kombination verfügbar ist. Andernfalls muss zusätzlicher Entwicklungsaufwand für die Entwicklung des Treibers und des Software-Stacks betrieben werden. Dies kann sehr zeit- und kostenintensiv sein.
Fazit: Die Wahl der richtigen Embedded Schnittstelle
Die Wahl der richtigen Schnittstelle hängt von den Gegebenheiten Ihres Systems ab. Entscheiden Sie je nach Bandbreite, Kabellänge, Platzbedarf, Treiber und SoC welche Schnittstelle zu Ihrem System passt. Wir bieten Ihnen Kameramodule mit USB, parallelen, seriellen oder MIPI CSI-2 Schnittstellen an, die für Ihre Anwendung optimiert sind.
