Im Buch verwendete Bezeichnungen für Erzeugnisse, die zugleich ein eingetra­genes Warenzeichen darstellen, wurden nicht besonders gekennzeichnet. Das Fehlen der ã Markierung ist demzufolge nicht gleichbedeutend mit der Tatsa­che, dass die Bezeichnung als freier Warenname gilt. Ebenso wenig kann anhand der verwendeten Bezeichnung auf eventuell vorliegende Patente oder einen Ge­brauchsmusterschutz geschlossen werden.

Die Informationen in diesem Handbuch wurden sorgfältig überprüft und können als zutreffend angenommen werden. Dennoch sei ausdrücklich darauf verwiesen, dass die Firma PHYTEC Messtechnik GmbH weder eine Garantie noch die juristi­sche Verantwortung oder irgendeine Haftung für Folgeschäden übernimmt, die auf den Gebrauch oder den Inhalt dieses Handbuches zurück­zuführen sind. Die in diesem Handbuch enthaltenen Angaben können ohne vorherige Ankündigung geändert werden. Die Firma PHYTEC Messtechnik GmbH geht damit keinerlei Verpflichtungen ein.

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Alle Rechte vorbehalten. Kein Teil dieses Buches darf in irgendeiner Form ohne schriftliche Genehmigung der Firma PHYTEC Messtechnik GmbH unter Einsatz entsprechender Systeme re­produziert, verarbeitet, vervielfältigt oder verbreitet werden.

phyCAM-P VM-012 Global Shutter

Technische Daten

Charakteristische Merkmale

• 1,3 MPixel – Sensor (1.310.720 Pixel)
• monochrom (VM-012-BW) oder color (VM-012-COL)
• phyCAM-P – Schnittstelle
• Framerate: 37 fps (volle Auflösung)
• Framerate: 130 fps bei VGA
• Global Shutter und Rolling Shutter (umschaltbar)
• Externer Trigger und Strobe
• zusätzlicher Steckverbinder mit Trigger, Strobe (optional)

VM-012 (phyCAM-P) (Vorderseite / Rückseite)

Spezifikation

VM-012 (phyCAM-P) Technische Daten 

Interface-Charakteristik

Datenformate

monochrom (VM-012-BW):

• Y8 : 8 Bit Graustufenauflösung
• Y10: 10 Bit Graustufenauflösung

color (VM-012-COL):

• RGGB (Bayer-Pattern) 8 Bit Farbtiefe
• RGGB (Bayer-Pattern) 10 Bit Farbtiefe

Spektrale Empfindichkeit

VM-012-BW / COL (phyCAM-P) Spektrale Empfindlichkeit

Feature Pins

VM-012 (phyCAM-P) Feature Pins

Jumperplan

VM-012 (phyCAM-P) Jumperplan (PL1420.1)

Pixelreinhefolge

Bedingt durch den internen Aufbau des Kamerasensors VITA 1300 werden Pixel nicht konsekutiv sequenziell entsprechend der physikalischen Anordnung auf dem Sensor entsprechend ausgegeben.

Die Zeilen des Pixel-Arrays sind vielmehr in so genannte Kernels unterteilt, die Gruppen aus jeweils 8 Pixeln darstellen (8 Pixel in x-Richtung je Zeile):

VM-012 (phyCAM-P) Anordnung der Pixel-Kernel auf dem Sensor-Array

Die Reihenfolge, in der die Pixeldaten ausgegeben werden, ist an den Kernels orientiert und abhängig vom Subsampling-Modus.

Kein Subsampling

Die Pixelreihenfolge ist in geraden und ungeraden Kerneln unterschiedlich entsprechend der folgenden Grafik:

VM-012 (phyCAM-P) Pixelreihenfolge ohne Subsampling

Mit Subsampling (monochromer Sensor)

Im Subsampling-Modus werden zwei benachbarte Kernels zu einem Kernel zusammengefasst (siehe Grafik). Dadurch wird die Anzahl der ausgegebenen Pixel halbiert. Es werden immer die geraden Pixel entnommen.

Im Gegensatz zur Betriebsart ohne Subsampling gibt es keinen Unterschied in der Pixelreihenfolge von geraden und ungeraden Kernels.

VM-012 (phyCAM-P) Pixelreihenfolge mit Subsampling im Monochrome-Modus

Mit Subsampling (Color Sensor)

Im Subsampling-Modus werden zwei benachbarte Kernels zu einem Kernel zusammengefasst (siehe Grafik). Dadurch wird die Anzahl der ausgegebenen Pixel halbiert. Es werden immer 2 benachbarte Pixel entnommen und dann 2 Pixel übersprungen.

Im Gegensatz zur Betriebsart ohne Subsampling gibt es keinen Unterschied in der Pixelreihenfolge von geraden und ungeraden Kernels.

VM-012 (phyCAM-P) Pixelreihenfolge mit Subsampling im Color-Modus

I²C Adressen

VM-012 (phyCAM-P) I²C Adressen

VM-012 (phyCAM-P) EEPROM Adressen

Default-Konfiguration des Kamerasensors (fett gedruckt): 0x90  (CAM_CTRL1 = low).

Die I²C-Adressen sind hexadezimal in 8 Bit – Darstellung angegeben. In Linux wird ggf. mit 7 Bit – Darstellung gearbeitet. In diesem Fall ist der Adresswert eine Stelle nach rechts zu shiften.

Die Angabe bezieht sich auf die Schreibadresse (Bit 0 = 0), die Leseadresse ist entsprechend Bit 1 = 1 um 1 erhöht.

Beschreibung des I²C Interface

Die phyCAM Schnittstellen besitzen zur Kommunikation mit den Komponenten auf den Kameramodul (Sensor, EEPROM, usw.) eine I²C Schnittstelle. Diese ist sowohl bei phyCAM-P als auch bei phyCAM-S(+) vorhanden.

Von der CPU können über die I²C-Schnittstelle alle Register des Kamerasensors entsprechend der gewünschten Konfiguration eingestellt werden.

Der auf der VM-012 befindliche Sensor VITA 1300 verwendet ein SPI-Interface für den Zugriff auf seine Register. Auf der VM-012 sorgt ein zusätzlicher Microcontroller für die Umsetzung des I²C-Busses auf den SPI-Bus.

Daraus ergeben sich einige Besonderheiten, die beim I²C Zugriff auf den Kamerasensor beachtet werden müssen.

Die I²C Schnittstelle der VM-012 ist mit einer Wortbreite von 8 Bit organisiert:

• 8 Bit Deviceadresse
• 8 Bit Registeradresse
• 2 x 8 Bit Datenzugriffe

Der Zugriff auf die I²C Schnittstelle der VM-012 erfolgt immer als 16-Bit Write- oder 16-Bit Read-Sequenz.

Entsprechend der I²C Spezifikation werden Schreib- und Lesezugriffe durch den Zustand des LSB in der Deviceadresse unterschieden.

• Schreibzugriff: LSB in der Deviceadresse = 0
• Lesezugriff: LSB in der Deviceadresse = 1

16-Bit Schriebsequenz

Eine typische Bytefolgezum Schreiben in ein16 Bit-Register des Kamerasensors ist unten gezeigt. Die Sequenz wird vom Master durch das Startbiteingeleitet, gefolgt von der Registeradresse und zwei Daten-Bytes. Dabei wird der höherwertige Teil des 16 Bit breiten Datenwerts zuerst gesendet und dann der niederwertige Teil.

Die VM-012liefert nach jedem Byte die Empfangsbestätigung (ACK). Alle 16 Datenbits müssenübertragen werden, bevordas Registeraktualisiert wird.Der Masterbeendet den Schreibvorgang durch Senden des Stop-Bits.

Schreiben des Wertes 0x0284 auf Register 0x09 an Device 0x90

Ein weiterer I²C-Zugriff darf erst nach Beendigung des internen SPI-Schreibzugriffs erfolgen. Zur Einhaltung dieser Vorgabe können zwei Methoden verwendet werden:

Methode 1:
Es wird eine feste Zeit nach einem I²C Schreibzugriff gewartet, bevor ein nächster I²C-Befehl gesendet wird. In der Firmware-Version V0.4 der VM-012 müssen mindestens 250µs nach einem I²C-Write-Befehl gewartet werden. 

Methode 2:
Verwendung des Statusflags „SPI_WRITE“ im VM012_STATUS-Register 0x99. Das Statusflag wird vom Microcontroller des Kameramoduls verwaltet.

Nach dem Erkennen eines Schreibbefehls wird dieses Bit automatisch gesetzt und nach Beendigung des SPI-Schreibvorgangs zurückgenommen. Das Status-Register wird im nachfolgenden Abschnitt beschrieben.

16-Bit Lesesequenz

Eine typische 16-Bit Lesesequenzist unten dargestellt.Zunächst muß derMaster die Adresses des Registers senden, dessen Inhalt gelesen werden soll. Dazu wird in einerSchreibsequenz nur die Registeradresse an das Kameramodul gesendet.

Danach wird vom Master ein Lesevorgang über einen 16 Bit-Wert begonnen, indem er ein erneutes Start-Bitund die Deviceadresse mit gesetztem LSB (Lesekennung) sendet.

Mit den folgenden Clock-Takten sendet das Kameramodul in zwei Datenbytes den 16 Bit breiten Registerinhalt. Dabei wird zuerst das High-Byte und dann das Low-Byte übertragen.Der Master sendetnach jeder8-Bit-Übertragung einBestätigungs-Bit (ACK). Die Datenübertragung wirdbeendet, indem derMaster einNo-Acknowledge-Bit (NACK) nach den 16 Bit Daten sendet.

Lesen des Wertes 0x0284 aus Register 0x09 von Device 0x90

Nachdem der Microcontroller der VM-012 den einleitenden I²C-Write-Befehl und die Deviceadresse mit gesetztem Lesebit empfangen hat, benötigt er in der Regel ca. 200µs zur Bearbeitung des internen SPI-Lesebefehls. In dieser Zeit muß der Master an der I²C- Schnittstelle warten, bevor er mit dem Einlesen der Daten beginnen kann. Dazu wird vom Microcontroller der VM-012 der Mechanismus des  „Clock-Stretching“ verwendet. Das „Clock-Stretching“ wird nur einmal vor dem ersten Datenbyte verwendet. Das zweite Datenbyte wird sofort nach Anforderung gesendet.

I2C Registerzuordnung

Paging

Der Kamerasensor VITA 1300 auf der VM-012 besitzt eine Registermap mit 511 Registern. Eine Vielzahl von I²C-Routinen unterstützen jedoch nur einen Adressraum von 255 Registern.

Deshalb wurde der I²C-Adressraum auf der VM-012 durch Verwendung eines Page-Bits erweitert.

Die adressierte Registeradresse des Kamerasensors entspricht also der an der I²C-Schnittstelle übergebenen Registeradresse zuzüglich des Werts des Page-Bits als MSB:

Sensor-Registeradresse = Page-Bit ^. 0x100 + I²C-Register-Adresse.

Das „PAGE_BIT“ befindet sich im „VM012_CONTROL“ Register.

Informationen zu den Registern des Kamerasensors VITA 1300 finden Sie im Datenblatt des Sensors.

Control- und Statusregister

Zur Steuerung des Microcontrollers auf dem Kameramodul und zum Auslesen von Statusinformationen werden in die Registermap des Kamerasensors drei zusätzliche Register eingeblendet.

Über den Lese- bzw. Schreibzugriff auf diese Register kann der I²C-Master direkt den Microcontroller der VM-012 ansprechen. Dafür werden drei Adressen verwendet, die im Adressraum des VITA 1300 nicht belegt sind.

Registerbeschreibung VM012_FIRMWARE; 0x97 (151 dezimal).

Registerbeschreibung VM012_CONTROL;  0x98 (152 dezimal).

Registerbeschreibung VM012_STATUS; 0x99 (153 dezimal).

Sonderfunktionen

Windowing / ROI

Der Kamerasensor der VM-012 ermöglicht – wie andere phyCAM-Module auch – die Verringerung der effektiven Bildauflösung durch Definition von Auslesefenstern (Window oder ROI = Region of Interest). Dadurch lässt sich auch die erzeugte Datenmenge optimal an die Anforderungen der Anwendung anpassen. Durch die Reduzierung der Auflösung kann außerdem die Bildwiederholrate erhöht werden.

Abhängig von der Betriebsart können mehrere ROIs definiert werden:

• Global Shutter Mode: bis zu 8 ROIs
• Rolling Shutter Mode: bis zu 1 ROI

Beachten Sie, daß bei Verwendung mehrerer ROIs die Ausgabereihenfolge der Pixel nach wie vor von der Lage der Pixel auf dem Sensor bestimmt wird. ROIs maskieren also den Sensor, sie bestimmen aber nicht die Reihenfolge der Pixel. Gegebenenfalls werden die aktiven Pixel mehrerer ROIs verschachtelt.

Trigger

Der Triggereingang stellt folgende Sonderfunktionen zur Verfügung:

• Triggered Shutter Master Mode
  In diesem Modus wird der Zeitpunkt der Bildaufnahme durch das Trigger-Signal gesteuert. Eine steigende Flanke Triggereingang löst eine Bildaufnahme aus. Die Belichtungszeit wird durch die Registereinstellungen des Sensors gesteuert.

• Pipelined Shutter Slave Mode
  In diesem Modus wird der Zeitpunkt der Bildaufnahme und die Belichtungszeit über den Triggereingang gesteuert. Eine steigende Flanke startet die Bildaufnahme, eine fallende Flanke beendet die Aufnahme.

Der Triggereingang ist am CAM_CTRL2 – Pin des phyCAM-P Steckers verfügbar (wenn J5 auf 2+3 steht). Weiterhin ist er zusätzlich an Pin 1 des Erweiterungssteckers X2 vorhanden.

VM-012 (phyCAM-P) Belegung des Erweiterungssteckers X2

Steckverbinder-Typ: JST BM03B-SRSS-TB
passende Steckergehäuse: JST SHR-03V-S

Monitor-Out

Der Monitor-Ausgang kann wahlweise auf das Monitor0 oder Monitor1 – Signal des VITA1300 konfiguriert werden:

Das Signal MONITOR_OUT ist an folgenden Steckverbindern verfügbar:

• CAM_CTRL1 - Pin 7 des phyCAM-P Steckers (optional, abhängig von der Konfiguration des Kameramoduls: J11 = 2-3)
• Pin 3 des Erweiterungssteckers X2

Die Funktion des Signals kann im Register MONITOR_SELECT des Sensors eingestellt werden.

Übersicht über die Funktionen:

_{(ROT = Row Overhead Time; FOT = Frame Overhead Time)}

Reset

Ein Low-Pegel am Reset-Eingang versetzt den Bildsensor in den Reset-Zustand. Alle Register des Bildsensors werden auf die Default-Einstellungen gesetzt.

Der Eingang sollte mit dem /RESET-Signal des Microcontroller-Boards verbunden werden. Das /RESET Signal sollte erst nach Anlegen der Spannung und MCLK deaktiviert wird. Während des Betriebs des Kamerasensors muss das Reset-Signal High-Pegel besitzen.

Durch Aktivierung des Signals wird ein Reset des Kamera-Sensors ausgelöst und die Sensor-Spannungsversorgung abgeschaltet. Die Sensorversorgung bleibt ausgeschaltet so lange das Reset-Signal aktiv (low) gehalten wird. Wird das Reset-Signal inaktiv (high) so ist ein I²C-Zugriff auf die VM-012 Register nach ca. 100 ms möglich.

Ein Sensor-Reset kann auch durch Software ausgelöst werden. Dazu wird das Bit AUTO_SENSOR_RESET auf 1 gesetzt. Das Bit wird nach Ende des Sensor-Reset-Zyklus’ automatisch zurückgesetzt.

Der Bildsensor kann per Software dauerhaft in den Reset-Zustand versetzt werden wobei die Stromversorgung des Sensors abgeschaltet ist. Dies kann beispielsweise dazu genutzt werden, die Strom­auf­nahme des Kameramoduls zu reduzieren.

Dieser Zustand kann erreicht werden, indem das Bit SENSOR_RESET  auf 1 gesetzt wird. Der Sensor bleibt in dem Zustand, bis das Bit wieder auf 0 gesetzt wird. Danach wird die Versorgungsspannung des Bildsensors wieder eingeschaltet und der Reset deaktiviert. Nach ca. 100 ms ist ein Zugriff auf den Sensor wieder möglich.

Ein vollständiger Reset des Kameramoduls kann ausgelöst werden durch:

• Aus- und Einschalten der Betriebsspannung des Kameramoduls
• per Software durch Aktivierung des Bits VM-012_RESET

Der vollständige Reset kann durch Setzen des Bits VM-012_RESET ausgelöst werden. Danach führen der Bildsensor und der interne Microcontroller einen Reset durch.

Alle Register werden auf ihre Default-Werte zurückgesetzt. Das Bit VM-012_RESET wird automatisch zurückgesetzt.

Output-Enable

Der Output-Enable – Eingang (Pin 32) besitzt bei diesem Kameramodul keine Funktion. Daten- und Signalleitungen sind unabhängig vom Zustand dieses Eingangs immer aktiv. Der Pin ist intern kontaktiert und besitzt die gleiche Eingangscharakteristik wie die übrigen Eingangspins.

I2C-EEPROM (optional)

Das Kameramodul VM-012 kann optional mit einem EEPROM ausgestattet werden. In diesem können anwendungsspezifische Daten (z.B. Kalibrierungsdaten) gespeichert werden.

Das EEPROM ist vom Typ M24C02-RMC6TG und besitzt eine Speichergröße von 2 kBit. Die Default I²C-Adresse lautet 0xAE. Alternative Adressen können per Jumper eingestellt werden (siehe I2C Adressen). Datenübertragungsrate: 100 kHz Standard Mode / 400 kHz Fast Mode.

Weitere Informationen finden Sie im Datenblatt des EEPROMs.

Onboard MCLK Erzeugung

Bei Bedarf besteht die Möglichkeit, einen Oszillator auf dem Kameramodul zu bestücken. Dieser kann den Masterclock MCLK für den Kamerasensor erzeugen. Damit ist es nicht mehr erforderlich, den MCLK-Takt über Pin 29 des phyCAM-P – Steckers einzuspeisen.

Zur Verwendung des internen Masterclocks muss OZ1 bestückt sein und Jumper J1 auf 1+2 gesetzt werden.

Entwicklungskits

Zur Inbetriebnahme der Kamera und Unterstützung der Entwicklung sind Entwicklungskits für verschiedene Controller-Plattformen und Betriebssysteme erhältlich. Das Sortiment an passenden Kits wird ständig erweitert.

Bitte informieren Sie sich auf unserer Webseite über aktuell erhältliche Kits. Der PHYTEC-Vertrieb berät sie gerne bei der Zusammenstellung von Kits und Komponenten.

phyCAM-S+ VM-012 Global Shutter

Technische Daten

Charakteristische Merkmale

• 1,3 MPixel – Sensor (1.310.720 Pixel)
• monochrom (VM-012-LVDS-BW) oder color (VM-012-LVDS-COL)
• phyCAM-S+ – Schnittstelle
• Framerate: 37 fps (volle Auflösung)
• Framerate: 130 fps bei VGA
• Global Shutter und Rolling Shutter (umschaltbar)
• Externer Trigger und Strobe
• zusätzlicher Steckverbinder mit Trigger, Strobe (optional)

VM-012 (phyCAM-S) (Vorderseite / Rückseite)

Spezifikation

VM-012-xxx-LVDS (phyCAM-S+) Technische Daten 

Interface-Charakteristik

Datenformate

monochrom (VM-012-BW-LVDS):

• Y8 : 8 Bit Graustufenauflösung

color (VM-012-COL-LVDS):

• RGGB (Bayer-Pattern) bis 8 Bit Farbtiefe

Spektrale Empfindlichkeit

VM-012-xxxx-LVDS (phyCAM-S+) Spektrale Empfindlichkeit

Jumperplan

VM-012-xxxx-LVDS (phyCAM-S+) Jumperplan (PL1420.1)

Pixelreihenfolge

Bedingt durch den internen Aufbau des Kamerasensors VITA 1300 werden Pixel nicht konsekutiv sequenziell entsprechend der physikalischen Anordnung auf dem Sensor entsprechend ausgegeben.

Die Zeilen des Pixel-Arrays sind vielmehr in so genannte Kernels unterteilt, die Gruppen aus jeweils 8 Pixeln darstellen (8 Pixel in x-Richtung je Zeile):

VM-012-xxxx-LVDS (phyCAM-S+) Anordnung der Pixel-Kernel auf dem Sensor-Array

Die Reihenfolge, in der die Pixeldaten ausgegeben werden, ist an den Kernels orientiert und abhängig vom Subsampling-Modus.

Kein Subsampling

Die Pixelreihenfolge ist in geraden und ungeraden Kerneln unterschiedlich entsprechend der folgenden Grafik:

VM-012-xxxx-LVDS (phyCAM-S+) Pixelreihenfolge ohne Subsampling

Mit Subsampling (monochromer Sensor)

Im Subsampling-Modus werden zwei benachbarte Kernels zu einem Kernel zusammengefasst (siehe Grafik). Dadurch wird die Anzahl der ausgegebenen Pixel halbiert. Es werden immer die geraden Pixel entnommen.

Im Gegensatz zur Betriebsart ohne Subsampling gibt es keinen Unterschied in der Pixelreihenfolge von geraden und ungeraden Kernels.

VM-012-xxxx-LVDS (phyCAM-S+) Pixelreihenfolge mit Subsampling im Monochrome-Modus

Mit Subsampling (color Sensor)

Im Subsampling-Modus werden zwei benachbarte Kernels zu einem Kernel zusammengefasst (siehe Grafik). Dadurch wird die Anzahl der ausgegebenen Pixel halbiert. Es werden immer 2 benachbarte Pixel entnommen und dann 2 Pixel übersprungen.

Im Gegensatz zur Betriebsart ohne Subsampling gibt es keinen Unterschied in der Pixelreihenfolge von geraden und ungeraden Kernels.

VM-012-xxxx-LVDS (phyCAM-S+) Pixelreihenfolge mit Subsampling im Color-Modus

I²C Adressen

VM-012-xxxx-LVDS (phyCAM-S+) I²C Adressen

VM-012-xxxx-LVDS (phyCAM-S+) Feature Pins

Die I²C-Adressen sind hexadezimal in 8 Bit – Darstellung angegeben. In Linux wird ggf. mit 7 Bit – Darstellung gearbeitet. In diesem Fall ist der Adresswert eine Stelle nach rechts zu shiften.

Die Angabe bezieht sich auf die Schreibadresse (Bit 0 = 0), die Leseadresse ist entsprechend Bit 1 = 1 um 1 erhöht.

Beschreibung des I²C Interface

Die phyCAM Schnittstellen besitzen zur Kommunikation mit den Komponenten auf den Kameramodul (Sensor, EEPROM, usw.) eine I²C Schnittstelle. Diese ist sowohl bei phyCAM-P als auch bei phyCAM-S(+) vorhanden.

Von der CPU können über die I²C-Schnittstelle alle Register des Kamerasensors entsprechend der gewünschten Konfiguration eingestellt werden.

Der auf der VM-012 befindliche Sensor VITA 1300 verwendet ein SPI-Interface für den Zugriff auf seine Register. Auf der VM-012 sorgt ein zusätzlicher Microcontroller für die Umsetzung des I²C-Busses auf den SPI-Bus.

Daraus ergeben sich einige Besonderheiten, die beim I²C Zugriff auf den Kamerasensor beachtet werden müssen.

Die I²C Schnittstelle der VM-012 ist mit einer Wortbreite von 8 Bit organisiert:

• 8 Bit Deviceadresse
• 8 Bit Registeradresse
• 2 x 8 Bit Datenzugriffe

Der Zugriff auf die I²C Schnittstelle der VM-012 erfolgt immer als 16-Bit Write- oder 16-Bit Read-Sequenz.

Entsprechend der I²C Spezifikation werden Schreib- und Lesezugriffe durch den Zustand des LSB in der Deviceadresse unterschieden.

• Schreibzugriff: LSB in der Deviceadresse = 0
• Lesezugriff: LSB in der Deviceadresse = 1

16-Bit Schreibsequenz

Eine typische Bytefolgezum Schreiben in ein16 Bit-Register des Kamerasensors ist unten gezeigt. Die Sequenz wird vom Master durch das Startbiteingeleitet, gefolgt von der Registeradresse und zwei Daten-Bytes. Dabei wird der höherwertige Teil des 16 Bit breiten Datenwerts zuerst gesendet und dann der niederwertige Teil.

Die VM-012liefert nach jedem Byte die Empfangsbestätigung (ACK). Alle 16 Datenbits müssenübertragen werden, bevordas Registeraktualisiert wird.Der Masterbeendet den Schreibvorgang durch Senden des Stop-Bits.

Schreiben des Wertes 0x0284 auf Register 0x09 an Device 0x90

Ein weiterer I²C-Zugriff darf erst nach Beendigung des internen SPI-Schreibzugriffs erfolgen. Zur Einhaltung dieser Vorgabe können zwei Methoden verwendet werden:

Methode 1:
Es wird eine feste Zeit nach einem I²C Schreibzugriff gewartet, bevor ein nächster I²C-Befehl gesendet wird. In der Firmware-Version V0.4 der VM-012 müssen mindestens 250µs nach einem I²C-Write-Befehl gewartet werden. 

Methode 2:
Verwendung des Statusflags „SPI_WRITE“ im VM012_STATUS-Register 0x99. Das Statusflag wird vom Microcontroller des Kameramoduls verwaltet.

Nach dem Erkennen eines Schreibbefehls wird dieses Bit automatisch gesetzt und nach Beendigung des SPI-Schreibvorgangs zurückgenommen. Das Status-Register wird im nachfolgenden Abschnitt beschrieben.

16-Bit Lesesequenz

Eine typische 16-Bit Lesesequenzist unten dargestellt.Zunächst muß derMaster die Adresses des Registers senden, dessen Inhalt gelesen werden soll. Dazu wird in einerSchreibsequenz nur die Registeradresse an das Kameramodul gesendet.

Danach wird vom Master ein Lesevorgang über einen 16 Bit-Wert begonnen, indem er ein erneutes Start-Bitund die Deviceadresse mit gesetztem LSB (Lesekennung) sendet.

Mit den folgenden Clock-Takten sendet das Kameramodul in zwei Datenbytes den 16 Bit breiten Registerinhalt. Dabei wird zuerst das High-Byte und dann das Low-Byte übertragen.Der Master sendetnach jeder8-Bit-Übertragung einBestätigungs-Bit (ACK). Die Datenübertragung wirdbeendet, indem derMaster einNo-Acknowledge-Bit (NACK) nach den 16 Bit Daten sendet.

Lesen des Wertes 0x0284 aus Register 0x09 von Device 0x90

Nachdem der Microcontroller der VM-012 den einleitenden I²C-Write-Befehl und die Deviceadresse mit gesetztem Lesebit empfangen hat, benötigt er in der Regel ca. 200µs zur Bearbeitung des internen SPI-Lesebefehls. In dieser Zeit muß der Master an der I²C- Schnittstelle warten, bevor er mit dem Einlesen der Daten beginnen kann. Dazu wird vom Microcontroller der VM-012 der Mechanismus des  „Clock-Stretching“ verwendet. Das „Clock-Stretching“ wird nur einmal vor dem ersten Datenbyte verwendet. Das zweite Datenbyte wird sofort nach Anforderung gesendet.

I²C Registerzuordnung

Paging

Der Kamerasensor VITA 1300 auf der VM-012 besitzt eine Registermap mit 511 Registern. Eine Vielzahl von I²C-Routinen unterstützen jedoch nur einen Adressraum von 255 Registern.

Deshalb wurde der I²C-Adressraum auf der VM-012 durch Verwendung eines Page-Bits erweitert.

Die adressierte Registeradresse des Kamerasensors entspricht also der an der I²C-Schnittstelle übergebenen Registeradresse zuzüglich des Werts des Page-Bits als MSB:

Sensor-Registeradresse = Page-Bit ^. 0x100 + I²C-Register-Adresse.

Das „PAGE_BIT“ befindet sich im „VM012_CONTROL“ Register.

Informationen zu den Registern des Kamerasensors VITA 1300 finden Sie im Datenblatt des Sensors.

Control - und Statusregister

Zur Steuerung des Microcontrollers auf dem Kameramodul und zum Auslesen von Statusinformationen werden in die Registermap des Kamerasensors drei zusätzliche Register eingeblendet.

Über den Lese- bzw. Schreibzugriff auf diese Register kann der I²C-Master direkt den Microcontroller der VM-012 ansprechen.

Dafür werden drei Adressen verwendet, die im Adressraum des VITA 1300 nicht belegt sind.

Registerbeschreibung VM012_FIRMWARE; 0x97 (151 dezimal).

Registerbeschreibung VM012_CONTROL;  0x98 (152 dezimal).

Registerbeschreibung VM012_STATUS; 0x99 (153 dezimal).

Sonderfunktionen

Windowing / ROI

Der Kamerasensor der VM-012 ermöglicht – wie andere phyCAM-Module auch – die Verringerung der effektiven Bildauflösung durch Definition von Auslesefenstern (Window oder ROI = Region of Interest). Dadurch lässt sich auch die erzeugte Datenmenge optimal an die Anforderungen der Anwendung anpassen. Durch die Reduzierung der Auflösung kann außerdem die Bildwiederholrate erhöht werden.

Abhängig von der Betriebsart können mehrere ROIs definiert werden:

• Global Shutter Mode: bis zu 8 ROIs
• Rolling Shutter Mode: bis zu 1 ROI

Beachten Sie, daß bei Verwendung mehrerer ROIs die Ausgabereihenfolge der Pixel nach wie vor von der Lage der Pixel auf dem Sensor bestimmt wird. ROIs maskieren also den Sensor, sie bestimmen aber nicht die Reihenfolge der Pixel. Gegebenenfalls werden die aktiven Pixel mehrerer ROIs verschachtelt.

Trigger / Monitor

Der Triggereingang stellt folgende Sonderfunktionen zur Verfügung:

• Triggered Shutter Master Mode
  In diesem Modus wird der Zeitpunkt der Bildaufnahme durch das Trigger-Signal gesteuert. Eine steigende Flanke Triggereingang löst eine Bildaufnahme aus. Die Belichtungszeit wird durch die Registereinstellungen des Sensors gesteuert.

• Pipelined Shutter Slave Mode
  In diesem Modus wird der Zeitpunkt der Bildaufnahme und die Belichtungszeit über den Triggereingang gesteuert.

Eine steigende Flanke startet die Bildaufnahme, eine fallende Flanke beendet die Aufnahme.

Der Triggereingang ist an Pin 1 des Erweiterungssteckers X2 vorhanden.

VM-012-xxx-LVDS (phyCAM-S+) Belegung des Erweiterungssteckers X2

Steckverbinder-Typ: JST BM03B-SRSS-TB
passende Steckergehäuse: JST SHR-03V-S

Monitor Out

Der Monitor-Ausgang kann wahlweise auf das Monitor0 oder Monitor1 – Signal des VITA1300 konfiguriert werden:

Das Signal MONITOR_OUT ist an Pin 3 des Erweiterungssteckers X2 verfügbar.

Die Funktion des Signals kann im Register MONITOR_SELECT des Sensors eingestellt werden.

Übersicht über die Funktionen:

_{(ROT = Row Overhead Time, FOT = Frame Overhead Time)}

Reset

Bei Anlegen der Versorgungsspannung wird ein Reset-Zyklus des Kamera-Sensors ausgelöst. Nachdem der interne Resetzyklus durchgeführt wurde ist ein I²C-Zugriff auf die VM-012 Register nach ca. 100 ms möglich.

Ein Sensor-Reset kann auch durch Software ausgelöst werden. Dazu wird das Bit AUTO_SENSOR_RESET auf 1 gesetzt. Das Bit wird nach Ende des Sensor-Reset-Zyklus’ automatisch zurückgesetzt.

Der Bildsensor kann per Software dauerhaft in den Reset-Zustand versetzt werden wobei die Stromversorgung des Sensors abgeschaltet ist. Dies kann beispielsweise dazu genutzt werden, die Strom­auf­nahme des Kameramoduls zu reduzieren.

Dieser Zustand kann erreicht werden, indem das Bit SENSOR_RESET  auf 1 gesetzt wird. Der Sensor bleibt in dem Zustand, bis das Bit wieder auf 0 gesetzt wird. Danach wird die Versorgungsspannung des Bildsensors wieder eingeschaltet und der Reset deaktiviert. Nach ca. 100 ms ist ein Zugriff auf den Sensor wieder möglich.

Ein vollständiger Reset des Kameramoduls kann ausgelöst werden durch:

• Aus- und Einschalten der Betriebsspannung des Kameramoduls
• per Software durch Aktivierung des Bits VM-012_RESET

Der vollständige Reset kann durch Setzen des Bits VM-012_RESET ausgelöst werden. Danach führen der Bildsensor und der interne Microcontroller einen Reset durch.

Alle Register werden auf ihre Default-Werte zurückgesetzt. Das Bit VM-012_RESET wird automatisch zurückgesetzt.

I²C-EEPROM (optional)

Das Kameramodul VM-012 kann optional mit einem EEPROM ausgestattet werden. In diesem können anwendungsspezifische Daten (z.B. Kalibrierungsdaten) gespeichert werden.

Das EEPROM ist vom Typ M24C02-RMC6TG und besitzt eine Speichergröße von 2 kBit. Die Default I²C-Adresse lautet 0xAE. Alternative Adressen können per Jumper eingestellt werden (siehe I²C Adressen).

Datenübertragungsrate: 100 kHz Standard Mode / 400 kHz Fast Mode.

Weitere Informationen finden Sie im Datenblatt des EEPROMs.

Onboard MCLK Erzeugung

Bei Bedarf besteht die Möglichkeit, einen Oszillator auf dem Kameramodul zu bestücken. Dieser kann den Masterclock MCLK für den Kamerasensor erzeugen. Damit ist es nicht mehr erforderlich, den MCLK-Takt über die Pins 3/6 des phyCAM-S – Steckers einzuspeisen. Zur Verwendung des internen Masterclocks muss OZ1 bestückt sein und Jumper J1auf 1+2 gesetzt werden.

Entwicklungskits

Zur Inbetriebnahme der Kamera und Unterstützung der Entwicklung sind Single-Board-Computer (SBC-Kits) für verschiedene Controller-Plattformen erhältlich. Das Sortiment an passenden Kits wird ständig erweitert. Bitte informieren Sie sich auf unserer Webseite über aktuell erhältliche Kits. Der PHYTEC-Vertrieb berät sie gerne bei der Zusammenstellung von Kits und Komponenten.

Revisionhistorie