MV Camera on Radxa Boards/zh

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English

怎样在Radxa板子上使用MV系列和RAW系列相机

1 概述

MV系列和RAW系列相机是为工业领域的AI应用推出的相机。其使用MIPI CSI-2接口，尤其适合嵌入式运算平台使用。它具备丰富的数据格式和触发特性，极低的延时，极高的带宽和可靠的稳定性。

本文以Radxa的ZERO 3W主板为例，介绍怎样将MV和RAW系列摄像机接入RK3566/3K3568系统。

我们提供了Linux(以Radxa OS Debain为例)操作系统下的驱动。

1.1 支持的模组

系列 型号 状态
MV系列 MV-MIPI-IMX178M 完成
MV系列 MV-MIPI-SC130M 完成
MV系列 MV-MIPI-IMX287M 完成
MV系列 MV-MIPI-IMX296M 完成
MV系列 MV-MIPI-IMX265M 完成
MV系列 MV-MIPI-IMX264M 完成
RAW系列 RAW-MIPI-SC132M 完成
RAW系列 RAW-MIPI-IMX462M 完成
RAW系列 RAW-MIPI-AR0234M 完成
RAW系列 RAW-MIPI-SC535M 完成

2 硬件准备及安装

2.1 MV相机与Radxa ZERO 3W的连接

MV系列相机需要使用ADP-MV1转接板才能连接到Radxa ZERO 3W主板。

ADP-MV1和Zero 3W之间使用15转22P的FFC同面线连接，注意接触面向外。

TOP BOTTOM
Radxa Zero 3W connect to MV camera
Radxa Zero 3W connect to MV camera 2


2.2 RAW-MIPI-SC132M与Radxa ZERO 3W的连接

二者使用15转22P的FFC同面线连接，注意接触面向外。

TOP BOTTOM
Radxa Zero 3W connect to RAW-MIPI-SC132M
Radxa Zero 3W connect to RAW-MIPI-SC132M 2

2.3 其他RAW系列摄像头与Radxa ZERO 3W的连接

二者使用0.5mm间距*22P的FFC异面线连接，注意接触面向外。

TOP BOTTOM
Radxa Zero 3W connect to RAW series camera
ADP-MV2 to RAW series camera No.2
Radxa Zero 3W connect to RAW series camera 2

3 github库介绍

https://github.com/veyeimaging/rk35xx_veye_bsp

https://github.com/veyeimaging/rk35xx_radxa

包括以下主要内容：

  • driver和dts源码
  • i2c通信工具集
  • 应用层demo

此外，在releases中，提供了编译好的linux系统镜像。

4 更新主板的Radxa Debain系统

4.1 概述

本章节描述怎样更新RK356x系统以支持我们的摄像头模组。我们提供了deb安装包，可以直接安装。

4.1.1 烧写Radxa官方标准系统

参考Radxa文档，烧写标准系统。

我们现在发布的安装包，基于这个烧写镜像版本制作。

4.1.2 使用编译好的debain安装包

在RK35xx板子上，执行:

下载https://github.com/veyeimaging/rk35xx_radxa/releases/中最新的rk356x_radxa_zero3w.tar.gz。

tar -xavf rk356x_radxa_zero3w.tar.gz

cd rk356x_radxa_zero3w/released_images/mvcam

sudo dpkg -i linux-headers-5.10.160-36-rk356x_5.10.160-36_arm64_mvcam.deb

sudo dpkg -i linux-image-5.10.160-36-rk356x_5.10.160-36_arm64_mvcam.deb

sudo reboot

如果版本不匹配，需要从源代码进行编译。

5 系统状态检测

5.1 是否正确识别到了相机

完成系统安装后，系统上电。在Radxa板端执行以下命令来检测是否正确连接相机。

dmesg | grep mvcam

应当有类似下面的提示：

mvcam 2-003b: camera is：MV-MIPI-IMX296M

mvcam 2-003b: firmware version: 0x1290133

可以看到识别到当前的摄像机模组的型号，版本号。

正确识别摄像头之后，MIPI-CSI2接口的摄像头识别为/dev/video0。对于Radxa zero 3W，相机挂载在i2c-2。

  • 执行如下命令检查video0设备节点

ls /dev/video0

可以看到

video0

正确识别摄像头之后，相机被识别为/dev/video0。

5.2 使用media-ctl查看拓扑结构

使用media-ctl指令，可以清晰的展现出当前的拓扑结构。

media-ctl -p -d /dev/media0

5.2.1 链接关系

mv camera->rockchip-csi2-dphy0->rockchip-mipi-csi2->stream_cif_mipi_id0 - - ->DDR(/dev/video0)

应用程序可以通过/dev/video0节点获取图像。

5.2.2 mv camera entity信息

以MV-MIPI-IMX296M为例：

- entity 63: m00_b_mvcam 2-003b (1 pad, 1 link)

             type V4L2 subdev subtype Sensor flags 0

             device node name /dev/v4l-subdev2

        pad0: Source

                [fmt:Y8_1X8/1456x1088@100/6000 field:none]

                -> "rockchip-csi2-dphy0":0 [ENABLED]

可以看到：

  • 该Entity完整的名称是： m00_b_mvcam 2-003b。
  • 它是一个 V4L2 subdev (Sub-Device) Sensor。
  • 它对应的节点是 /dev/v4l-subdev2 ，应用程序（如v4l2-ctl）可以打开它，并进行配置。
  • 它的输出格式是 [fmt:Y8_1X8/1456x1088@100/6000 field:none] ，其中Y8_1X8是一种mbus-code的简写，下一小节会列出支持的mbus-code。
  • 当前分辨率是1456x1088。
  • 当前帧间隔是100/6000,即帧率是60。

摄像机输出的数据格式，可以通过media-ctl指令修改。

5.3 相机支持的mbus-code

MV系列和RAW系列相机具备不同的数据格式能力，具体请参考每个型号的相机的数据手册。

格式对应关系
Format on datasheet mbus-code for media-ctl FourCC pixelformat for v4l2-ctl
RAW8 Y8_1X8 GREY
RAW10 Y10_1X10 'Y10 '
RAW12 Y12_1X12 'Y12 '
UYVY UYVY8_2X8 UYVY

6 raw图片格式说明

RK35xx的VICAP模块支持两种数据保存格式，Compact和Noncompact RAW。可以通过RKCIF的RKCIF_CMD_SET_CSI_MEMORY_MODE ioctl指令修改模式。默认情况下，输出的是Compact RAW格式。

Compact raw and noncompact raw of rk3588 VICAP


6.1 具有填充位的图片格式（Noncompact RAW）

对于10bit深度、12bit深度的像素数据，总是使用两个字节来存储一个像素。这种存储方式方便软件处理，缺点是空间占用较大。根据数据有效数据保存在高位还是低位，又分为high align和low align两种。

6.1.1 Noncompact RAW(high align)

数据保存到高位，用不到的低位以0填充。RK VICAP支持的一种数据格式。

6.1.2 Noncompact RAW(low align)

数据保存到低位，用不到的高位以0填充。V4L2标准的'Y10 ' (10-bit Greyscale),'Y12 ' (12-bit Greyscale)格式都是以这种方式存储的。

后文提到的pixel_layer_convert转换工具，也是将Compact RAW转换为此种存储方式。方便使用图片播放器打开显示。

6.2 紧密排列的图片格式（Compact RAW）

如上图所示，像素和像素之间不会进行空bit位填充。

6.3 行对齐（line stride）

为了方便对图像进行快速操作，系统通常为每行数据提供行对齐的buffer大小。RK3588使用256字节对齐。

line_stride = ALIGN_UP（image_width*bits_per_pixel/8,256）

比如当图像宽度是1456时：

8bit depth，line_stride=1536。

10bit depth，preferred_stride=2048。

12bit depth，preferred_stride=2304。

6.4 转换工具

我们编写了一个小工具：pixel_layer_convert，可以很方便的将紧密排列的图片（Compact RAW）转为具有填充位的图片(Noncompact RAW(low align))。

比如下面的命令，可以将一个1456宽度的compact raw10 图片转为noncompact raw10。

./pixel_layer_convert -I R10C -i y10-1456x1088_0001.raw -o y10-1456x1088_0001_new.raw -w 1456

6.5 raw图片播放器

推荐使用vooya作为播放器，支持GREY, 和具有填充位的图片格式。

Y8文件可以用这个播放器： YUV Displayer Deluxe。

7 应用范例

7.1 配置命令行全局变量

根据主板型号，配置I2C_BUS全局变量。

  • Radxa Zero 3W

export I2C_BUS=2

为了后面描述方便，此处根据sensor尺寸，配置全局变量。

  • MV-MIPI-IMX178M

export WIDTH=3088

export HEIGHT=2064

export FPS=22

  • MV-MIPI-SC130M

export WIDTH=1280

export HEIGHT=1024

export FPS=108

  • MV-MIPI-IMX296M

export WIDTH=1456

export HEIGHT=1088

export FPS=60

  • MV-MIPI-IMX287M

export WIDTH=704

export HEIGHT=544

export FPS=319

  • MV-MIPI-IMX265M

export WIDTH=2048

export HEIGHT=1544

export FPS=45

  • MV-MIPI-IMX264M

export WIDTH=2432

export HEIGHT=2056

export FPS=28

  • RAW-MIPI-SC132M

export WIDTH=1024

export HEIGHT=1280

export FPS=120

  • RAW-MIPI-IMX462M

export WIDTH=1920

export HEIGHT=1088

export FPS=60

  • RAW-MIPI-AR0234M

export WIDTH=1920

export HEIGHT=1200

export FPS=60

  • RAW-MIPI-SC535M

export WIDTH=2432

export HEIGHT=2048

export FPS=50

7.2 使用v4l2-ctl配置参数

$ v4l2-ctl -d /dev/v4l-subdev2 -L

User Controls

                   trigger_mode 0x00981901 (int)    : min=0 max=2 step=1 default=0 value=0 flags=volatile, execute-on-write

                    trigger_src 0x00981902 (int)    : min=0 max=1 step=1 default=1 value=1 flags=volatile, execute-on-write

                    soft_trgone 0x00981903 (button) : flags=write-only, execute-on-write

                     frame_rate 0x00981904 (int)    : min=1 max=60 step=1 default=60 value=60 flags=volatile, execute-on-write

                          roi_x 0x00981905 (int)    : min=0 max=1376 step=8 default=0 value=0

                          roi_y 0x00981906 (int)    : min=0 max=1024 step=4 default=0 value=0

可以使用下面的方法设置和获取参数。

v4l2-ctl -d /dev/v4l-subdev2 --set-ctrl [ctrl_type]=[val]

v4l2-ctl -d /dev/v4l-subdev2 --get-ctrl [ctrl_type]

以上所有功能，均可使用mv_mipi_i2c.sh实现。

需要指出的是，以上参数在取图过程中均不可修改。下面进行逐个说明：

7.2.1 配置触发模式

v4l2-ctl -d /dev/v4l-subdev2 --set-ctrl trigger_mode=[0-2]

0：流模式

1：普通触发模式

2：快速连续触发模式

7.2.2 配置触发源

v4l2-ctl -d /dev/v4l-subdev2 --set-ctrl trigger_src=[0-1]

0: 软触发

1: 硬触发

7.2.3 软触发一次

v4l2-ctl -d /dev/v4l-subdev2 --set-ctrl soft_trgone=1

7.2.4 设置帧率

v4l2-ctl -d /dev/v4l-subdev2 --set-ctrl frame_rate=[1-max]

随分辨率的调整，最大帧率会自动更新。

7.2.5 设置ROI起始位置

v4l2-ctl -d /dev/v4l-subdev2 --set-ctrl roi_x=0

v4l2-ctl -d /dev/v4l-subdev2 --set-ctrl roi_y=0

ROI其实位置设置之后，需要通过media-ctl命令完成完整的ROI配置。

设置roi后，最大帧率会自动调整。请注意，摄像机roi参数需要符合摄像机手册中的要求。

7.3 使用media-ctl配置图像格式

可以通过下面的命令，配置摄像机的数据格式，分辨率，帧率。

media-ctl -d /dev/media0 --set-v4l2 '"m00_b_mvcam '"$I2C_BUS"'-003b":0[fmt:Y8_1X8/'"$WIDTH"'x'"$HEIGHT"'@1/'"$FPS"']'

其中："m00_b_mvcam 2-003b"指的相机的entity完整名称，Y8_1X8为mbus-code，'"$WIDTH"'x'"$HEIGHT"'指明了分辨率，1/'"$FPS"'指明了帧率。

此处的width和height配合v4l2-ctl命令的roi_x和roi_y共同组成了ROI参数。

比如，对于MV-MIPI-IMX296M,这个命令经过变量替换后的结果是：

media-ctl -d /dev/media0 --set-v4l2 '"m00_b_mvcam 2-003b":0[fmt:Y8_1X8/1456x1088@1/60 field:none]'

不仅可以在一个命令中同时配置数据格式，分辨率，帧率，也可以单独修改某一项或某几项。

7.4 流模式

7.4.1 设置数据格式，分辨率，帧率

v4l2-ctl -d /dev/v4l-subdev2 --set-ctrl roi_x=0

v4l2-ctl -d /dev/v4l-subdev2 --set-ctrl roi_y=0

media-ctl -d /dev/media0 --set-v4l2 '"m00_b_mvcam '"$I2C_BUS"'-003b":0[fmt:Y8_1X8/'"$WIDTH"'x'"$HEIGHT"'@1/'"$FPS"']'

7.4.2 帧率统计

v4l2-ctl -d /dev/video0 --set-fmt-video=width=$WIDTH,height=$HEIGHT,pixelformat=GREY --stream-mmap --stream-count=-1 --stream-to=/dev/null

或者

./yavta -c-1 --skip 0 -f Y8 -s ${WIDTH}x${HEIGHT} /dev/video0

7.4.3 保存图片到文件
  • raw8格式

v4l2-ctl -d /dev/video0 --set-fmt-video=width=$WIDTH,height=$HEIGHT,pixelformat=GREY --stream-mmap --stream-count=1 --stream-to=y8-${WIDTH}x${HEIGHT}.raw

  • raw10格式

v4l2-ctl -d /dev/video0 --set-fmt-video=width=$WIDTH,height=$HEIGHT,pixelformat='Y10 ' --stream-mmap --stream-count=1 --stream-to=y10-${WIDTH}x${HEIGHT}.raw

  • raw12格式

v4l2-ctl -d /dev/video0 --set-fmt-video=$WIDTH,height=$HEIGHT,pixelformat='Y12 ' --stream-mmap --stream-count=1 --stream-to=y12-${WIDTH}x${HEIGHT}.raw

图片格式请参考前面章节的描述。

7.4.4 yavta应用范例
7.4.4.1 yavta安装

git clone git://git.ideasonboard.org/yavta.git

cd yavta;make

7.4.4.2 保存图片到文件

配置完数据格式，分辨率，帧率之后，执行：

./yavta -c1 -Fy8-${WIDTH}x${HEIGHT}.raw --skip 0 -f Y8 -s ${WIDTH}x${HEIGHT} /dev/video0

7.4.5 将相机数据导入OpenCV的范例

sudo apt install python3-opencv

详见github上的samples目录。

python3 ./v4l2dev_2_opencv_show_grey.py --width 1456 --height 1088 --fps 60 --i2c 2

7.4.6 gstreamer应用范例

为了方便进行安装和调试，MV系列相机提供了UYVY模式。UYVY模式支持的最大宽度为2880，使用如下命令可以进行实时预览。

注：为了提高最高帧率和带宽，部分模组升级固件后不再提供UYVY格式。具体请通过脚本的fmtcap指令读取寄存器确认。

注意RAW系列不支持UYVY格式。

我们提供了几个gstreamer例程，实现了预览功能。详见github上的samples目录。

7.5 触发模式

7.5.1 设置数据格式，分辨率，帧率

v4l2-ctl -d /dev/v4l-subdev2 --set-ctrl roi_x=0

v4l2-ctl -d /dev/v4l-subdev2 --set-ctrl roi_y=0

media-ctl -d /dev/media0 --set-v4l2 '"m00_b_mvcam '"$I2C_BUS"'-003b":0[fmt:Y8_1X8/'"$WIDTH"'x'"$HEIGHT"'@1/'"$FPS"']'

7.5.2 软触发模式
7.5.2.1 设置模式

v4l2-ctl -d /dev/v4l-subdev2 --set-ctrl trigger_mode=1

v4l2-ctl -d /dev/v4l-subdev2 --set-ctrl trigger_src=0

7.5.2.2 开始取图

v4l2-ctl -d /dev/video0 --set-fmt-video=width=$WIDTH,height=$HEIGHT,pixelformat=GREY --stream-mmap --stream-count=1 --stream-to=y8-${WIDTH}x${HEIGHT}.raw

7.5.2.3 进行软触发操作

在其他的shell终端，可以多次执行下面命令进行多次触发。

v4l2-ctl -d /dev/v4l-subdev2 --set-ctrl soft_trgone=1

7.5.3 硬触发模式
7.5.3.1 设置模式

v4l2-ctl -d /dev/v4l-subdev2 --set-ctrl trigger_mode=1

v4l2-ctl -d /dev/v4l-subdev2 --set-ctrl trigger_src=1

可以使用mv_mipi_i2c.sh脚本进行丰富的触发参数设置。

7.5.3.2 开始取图

v4l2-ctl -d /dev/video0 --set-fmt-video=width=$WIDTH,height=$HEIGHT,pixelformat=GREY --stream-mmap --stream-count=1 --stream-to=y8-${WIDTH}x${HEIGHT}.raw

7.5.3.3 进行硬触发操作

将合适的触发信号连接到摄像机的trigger引脚并进行触发。

8 i2c脚本使用说明

我们提供了shell脚本来配置参数。

mv_mipi_i2c.sh user guide

9 从源码编译驱动和dtb

  • RK356x

https://github.com/veyeimaging/rk35xx_radxa/tree/main/linux/drivers/rk356x

10 参考资料

  • Radxa Zero 3W Manual

https://docs.radxa.com/zero/zero3

  • BSP toolkit

https://radxa-repo.github.io/bsp/

11 本文修改记录

  • 2024-11-03

支持RAW-MIPI-SC535M。

  • 2024-04-25

发布第一个版本。

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