Schnittstelle für HMI Eine Video-Bridge spricht verschiedene Sprachen

Autor / Redakteur: Grant Jennings * / Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Bei Systemen mit integrierten Kameras und Displays steht oft nicht die richtige Schnittstelle zur Verfügung. Abhilfe schafft eine Bridge wie das CrossLink-IC. Es vereint FPGA und programmierbare ASSP.

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CrossLink-Brücke: Mit einem programmierbaren ASSP verbindet Bildsensoren und Displays, die unterschiedliche Schnittstellen haben.
CrossLink-Brücke: Mit einem programmierbaren ASSP verbindet Bildsensoren und Displays, die unterschiedliche Schnittstellen haben.
(Bild: Lattice)

Mobile Plattformen bilden heute das Kernstück bei Entwicklungen – nicht nur bei Smartphones und Tablets, sondern auch bei digitalen Spiegelreflexkameras, Drohnen, VR- (Virtual-Reality-)Systemen, medizinischen Geräten und industriellen Displays. Im Idealfall würde jedes Gerät innerhalb eines Systems direkt mit dem Anwendungsprozessor kommunizieren. Doch in den aufstrebenden Video-Märkten ist dies nicht immer der Fall.

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Oft besitzt der Anwendungsprozessor Schnittstellen eines anderen Typs als die Bildsensoren oder Displays im System, oder er hat nicht genug Schnittstellen. Um Probleme beim Verbinden zu vermeiden, benötigen Entwickler von Embedded-Video-Systemen leistungsfähige, energiesparende und kompakte Interface-Bridges, die eine Vielzahl sowohl aktueller als auch älterer Schnittstellentypen unterstützen.

CrossLink vereint pASSP mit einem FPGA

Lattice Semiconductor hat den CrossLink entwickelt: Hierbei handelt es sich um eine Interface-Bridge in Form eines programmierbaren anwendungsspezifischen Standardprodukts (pASSP = Application Specific Standard Product). Kombiniert werden Flexibilität eines FPGAs mit der Leistungsfähigkeit und der anwendungsoptimierten Funktionalität eines ASSPs.

Bei CrossLink handelt es sich um eine kostengünstige Video-Interface-Bridge. Sie bietet dem Anwender genügend Bandbreite, geringen Stromverbrauch und kleine Abmessungen. Das Potenzial von CrossLink liegt in der umfangreichen Funktionsausstattung und den Spezifikationen. Unterstützt werden Datenraten bis 12 GBit/s und ist damit die schnellste MIPI-D-PHY-Bridging-Lösung am Markt.

Zudem gibt die Interface-Bridge dem Entwickler die Möglichkeit, seine Designs frei zu gestalten: Die Bridge unterstützt MIPI D-PHY, MIPI CSI-2 und MIPI DSI. Hinzu kommt eine Liste althergebrachter Video-Schnittstellen und Protokolle wie CMOS, RGB, MIPI DPI, MIPI DBI, SubLVDS, SLVS, LVDS und OpenLDI.

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Mit CrossLink bietet Lattice für Entwickler die Möglichkeit, unterschiedliche Schnittstellen mit einem Hardware-Baustein zu schließen. Zu den unterstützen Schnittstellen und Protokollen gehören MIPI D-PHY, MIPI CSI-2 und MIPI DSI, außerdem eine lange Liste althergebrachter Video-Schnittstellen und Protokolle wie CMOS, RGB, MIPI DPI, MIPI DBI, SubLVDS, SLVS, LVDS und OpenLDI. Auflösungen bis zu 4K (UHD) bei einer Bandbreite von 12 GBit/s sind kein Problem für den Baustein.

Zudem nutzt CrossLink die Eigenschaften eines programmierbaren ASSP und eines FPGAs und kombiniert damit die Vorteile aus beiden Welten.

Bridging-Lösung mit Sleep-Modus

Darüber hinaus ist CrossLink in vielfacher Hinsicht für Heimanwender optimiert und verbraucht teilweise weniger als 100 mW. Außerdem handelt es sich um die erste programmierbare Bridging-Lösung, die über einen Sleep-Modus verfügt. Der Chip hat eine Grundfläche 6 mm x 6 mm. Um voll-individualisierbare Interfacing-Lösungen zu ermöglichen, enthält CrossLink eine FPGA-Struktur mit mehreren physischen Schnittstellen für mobile Anwendungen.

Jedes CrossLink-IC enthält bis zu zwei eingebettete MIPI-D-PHY-Blöcke mit jeweils bis zu vier sende- und empfangsfähigen Daten-Lanes und einer Taktquelle. Die FPGA-Struktur verfügt über 5936 LUTs, 180 KBit Block-RAM und 47 KBit verteiltes RAM. Diese FPGA-Ressourcen ermöglichen es, eine Vielzahl von Video-Funktionen zu implementieren, darunter Multiplexing, Merging, De-Multiplexing, Arbitrating, Splitting, Datenkonvertierung und kundenspezifische Protokolle.

Die beiden Hardware-D-PHYs unterstützen Datenraten bis 1,5 GBit/s/Lane und die programmierbaren differenziellen I/O-Blöcke Datenraten bis 1,2 GBit/s/Lane. Das CrossLink-IC bietet außerdem 15 programmierbare, differenzielle IOs, umfangreiche GPIO-Ressourcen, 10-kHz- und 48-MHz-Oszillatoren und PLLs, zwei eingebettete User-I²C-Blöcke für Systemfunktionen sowie eine I²C/SPI-Schnittstelle zum Konfigurieren des ICs.

Im Rahmen seines Produktsupports stellt Lattice seinen Entwicklern außer dem Produktdatenblatt noch seine FPGA-Design- und Verifikationssoftware und sein „Power Estimator Tool“ zur Verfügung. Außerdem stellt Lattice kostenlos IP von Clarity Designs bereit, das die Implementierung zahlreicher Display- und Kamera-Schnittstellen unterstützt. Das CrossLink-Development-Kit enthält eine SMA-Tochterkarte und eine Tochterkarte mit 2,54-mm-Pfostensteckverbinder für den Anschluss von Bildsensoren, Displays und Anwendungsprozessoren unterschiedlichster Art. Mit den Tochterkarten lassen sich zwei Kameras an die Raspberry-Pi-Karte anschließen.

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