MV Camera on Firfly Boards/zh

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怎样在Firefly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Firefly的ROC-RK3588S-PC主板为例，介绍怎样将MV和RAW系列摄像机接入RK3588S/RK3588系统。

我们提供了Linux(以Ubuntu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

2 硬件准备及安装

MV系列和RAW系列相机需要使用ADP-MV2转接板才能连接到ROC-RK35xx-PC主板。

2.1 MV相机与ADP-MV2的连接

二者使用0.5mm间距*30P的FFC异面线连接，注意接触面向外。

【TODO:加图】

2.2 RAW相机与ADP-MV2的连接

二者使用0.5mm间距*30P的FFC异面线连接，注意接触面向外。

【TODO:加图】

2.3 ADP-MV2与主板的连接

二者使用0.5mm间距*30P的FFC同面线连接，注意接触面向内。

【TODO:加图】

2.4 整体连接图

【TODO:加图】

3 github库介绍

https://github.com/veyeimaging/rk35xx_firefly

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ubuntu系统

对于ROC-RK3588S-PC，我们提供了发布系统的烧写镜像。

下载https://github.com/veyeimaging/rk35xx_firefly/releases/中最新的支持MV和RAW系列的镜像。

参考Firefly文档，烧写系统。

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Firefly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 7-003b: camera is：MV-MIPI-IMX296M

mvcam 7-003b: firmware version: 0x1290133

可以看到识别到当前的摄像机模组的型号，版本号。摄像机挂载在i2c-7, i2c地址是0x3b。

  • 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，MIPI-CSI2接口的摄像头识别为/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 7-003b (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 7-003b。
  • 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

RK3588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）

像素和像素之间不会进行空bit位填充。

V4L2标准的'Y10P' (10-bit Greyscale (MIPI Packed)),'Y12P' (12-bit Greyscale (MIPI Packed))格式都是以这种方式存储的。

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

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=1080

export HEIGHT=1280

export FPS=120

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其实位置

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 7-003b":0[fmt:Y8_1X8/'"$WIDTH"'x'"$HEIGHT"'@1/'"$FPS"']'

其中："m00_b_mvcam 7-003b"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 7-003b":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 7-003b":0[fmt:Y8_1X8/'"$WIDTH"'x'"$HEIGHT"'@1/'"$FPS"']'

7.4.2 帧率统计

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

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-$WIDTHx$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-$WIDTHx$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-$WIDTHx$HEIGHT.raw

图片格式请参考前面章节的描述。

7.4.4 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。

7.4.5 OpenCV的导入

首先安装OpenCV:

sudo apt install python3-opencv

我们提供了几个将摄像头数据导入opencv的例程。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 7-003b":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-$WIDTHx$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-$WIDTHx$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 问题反馈

我们致力于为嵌入式平台的图像应用提供更丰富的可能性。因此，我们在嵌入式平台的软件基于开源的原则而进行。

如对我们现有软件有任何的问题、建议，欢迎提交到论坛:,或者给我们的技术人员发邮件xumm#csoneplus.com。

10 参考资料

  • ROC-RK3588S-PC 手册

[1]https://wiki.t-firefly.com/zh_CN/ROC-RK3588S-PC/

11 本文修改记录

  • 2023-04-12

第一个版本。

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