1.前言

由于國(guó)際形勢(shì)，以及芯片戰(zhàn)爭(zhēng)等制約因素，當(dāng)前IT行業(yè)最熱門(mén)的話(huà)題，莫過(guò)于芯片的國(guó)產(chǎn)化。從操作系統(tǒng)到CPU，從傳感器到電源芯片，憑著勞動(dòng)人民的智慧，以及不屈不撓的精神，中國(guó)正在各個(gè)行業(yè)百花齊放，逐步擁有了自己的替代。即便屢敗屢戰(zhàn)，即便任重而道遠(yuǎn)，國(guó)產(chǎn)化的趨勢(shì)勢(shì)不可擋，尤其是軍工研究所等機(jī)構(gòu)，國(guó)產(chǎn)化選型不僅僅是貨源問(wèn)題，更多的是因?yàn)閲?guó)防安全，自主可控而不得不做出的選擇。

鑒于此，奧唯思攜手全國(guó)產(chǎn)芯片方案，耗時(shí)6個(gè)月，打造了一款高性能、低照度、全國(guó)產(chǎn)的1080P60的USB3.0工業(yè)相機(jī)方案。目前方案已經(jīng)小批量產(chǎn)，成功接入了Windows、Linux，以及RK3588等國(guó)產(chǎn)化平臺(tái)，并已交付alpha客戶(hù)，開(kāi)始落地客戶(hù)需求，助力整體國(guó)產(chǎn)化方案。如下所示，為奧唯思實(shí)現(xiàn)的全自主國(guó)產(chǎn)化USB3.0相機(jī)解決方案：

2.全國(guó)產(chǎn)U3相機(jī)描述

相機(jī)方案選型

奧唯思設(shè)計(jì)的全國(guó)產(chǎn)工業(yè)相機(jī)模組，采用易靈思FPGA+江波龍DDR3+方寸微USB芯片，實(shí)現(xiàn)高性能、全國(guó)產(chǎn)的USB3.0工業(yè)相機(jī)方案。相機(jī)搭載思特威圖像傳感器（全局130W、卷簾200萬(wàn)等），基于libusb通過(guò)USB3.0接口實(shí)現(xiàn)圖像傳輸，可實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)，信噪比好，圖像質(zhì)量?jī)?yōu)異，并且用戶(hù)可定制圖像處理等相關(guān)功能需求。

如下圖所示，為奧唯思設(shè)計(jì)的全國(guó)產(chǎn)工業(yè)相機(jī)模組的硬件架構(gòu)，該相機(jī)主要元件幾乎100%采用國(guó)產(chǎn)化，滿(mǎn)足了目前迫切的國(guó)產(chǎn)化需求，自主可控。

其中主控為深圳易靈思的鈦金16nm（低功耗、高速）FPGA為主控核心，完成MIPI圖像的采集/存儲(chǔ)、ISP圖像處理，以及US3.0數(shù)據(jù)收發(fā)協(xié)議等處理。

易靈思（深圳）科技有限公司是一家國(guó)產(chǎn)FPGA公司，采用邏輯和路由可以互換的XLR結(jié)構(gòu)，革命性地發(fā)明了突破性的Quantum架構(gòu)，PPA優(yōu)勢(shì)是傳統(tǒng)FPGA公司的4倍。近期，易靈思推出了鈦金系列FPGA產(chǎn)品，該產(chǎn)品更再度將PPA提升8倍，非常適合應(yīng)用于邊緣計(jì)算、ADAS 和 AIoT。

行業(yè)內(nèi)有Sony、Micron等的進(jìn)口圖像傳感器，國(guó)產(chǎn)也不甘示弱。雖然在尖端領(lǐng)域還有一定的差距，但在中低端領(lǐng)域的蛋糕已經(jīng)幾乎被國(guó)產(chǎn)拿下。因此我們選用了國(guó)內(nèi)圖像傳感器龍頭思特威的Sensor，完成相機(jī)的圖像感應(yīng)采集。

思特威（上海）電子科技股份有限公司 SmartSens 是一家從事CMOS圖像傳感器芯片產(chǎn)品研發(fā)、設(shè)計(jì)和銷(xiāo)售的高新技術(shù)企業(yè)，總部設(shè)立于中國(guó)上海。思特威作為致力于提供多場(chǎng)景應(yīng)用、全性能覆蓋的CMOS圖像傳感器產(chǎn)品企業(yè)，公司產(chǎn)品已覆蓋了安防監(jiān)控、機(jī)器視覺(jué)、車(chē)載電子、智能手機(jī)等多場(chǎng)景應(yīng)用領(lǐng)域的全性能需求。

同時(shí)，USB3.0傳輸是工業(yè)相機(jī)最重要的組件之一，目前國(guó)外主要有Cpyress的CY3014，拿下了絕大部分的市場(chǎng)；同時(shí)還有臺(tái)灣FTDI的FT601 USB3.0芯片，在USB3.0應(yīng)用中也有一定的份額。而國(guó)產(chǎn)USB3.0控制芯片這幾年也拔地而起，典型的以山東方寸微為例，其2019年推出的USB3.0控制芯片T630，不遜色于CY3014。

方寸微電子科技有限公司成立于2017年，總部位于山東濟(jì)南，致力于安全微處理器芯片的研發(fā)、設(shè)計(jì)和銷(xiāo)售。方寸微電子核心技術(shù)完全自主可控，具有國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的優(yōu)勢(shì)。其2019年研制成功的T630高速USB3.0接口控制芯片，用于替代Cypress 3013，深受工控領(lǐng)域國(guó)產(chǎn)化的喜愛(ài)。

相機(jī)特性參數(shù)

FPGA ISP算法

對(duì)于黑白傳感器，很多時(shí)候客戶(hù)希望拿到原始的RAW數(shù)據(jù)，即不經(jīng)過(guò)任何處理的數(shù)據(jù)，由應(yīng)用再去做最終的圖像處理。因此客戶(hù)需要可控曝光、增益等參數(shù)，以便在更好的條件下獲取更佳的圖像。

但對(duì)于彩色傳感器而言，如果客戶(hù)拿到的只是原始的RAW數(shù)據(jù)，那經(jīng)過(guò)Bayer轉(zhuǎn)RGB之后，得到的只是暗綠色的圖像，離客戶(hù)最終可以用來(lái)做算法的圖像，還需要一系列圖像處理，這些圖像處理的流程，專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)稱(chēng)之為ISP（Image Signal Processor）。

憑借易靈思16nm鈦金系列FPGA高速、低功耗的特性，選用60K LUT的型號(hào)，相機(jī)在模組端完成了必要的ISP處理環(huán)節(jié)，相關(guān)的Pipeline如下所示：

備注：敬請(qǐng)期待，發(fā)布Tuning Tool...

3.國(guó)產(chǎn)U3相機(jī)硬件介紹

易靈思Ti60 FPGA SOM

思特微Sensor模組

方寸微USB3.0尾板

相機(jī)尺寸介紹

4.國(guó)產(chǎn)U3相機(jī)軟件介紹

驅(qū)動(dòng)安裝

奧唯思的USB3.0相機(jī)，采用了libusb作為驅(qū)動(dòng)，可無(wú)縫兼容Windows、linux、Andorid，方便在RK/全志等ARM平臺(tái)的移植。

打開(kāi)資料包中給的USB_Driver文件夾，雙擊InstallDriver，即可一鍵完成驅(qū)動(dòng)的安裝，隨后可以在設(shè)備管理器中加載，看到OVS的Camera設(shè)備。

軟件介紹

安裝好OVS_Camera驅(qū)動(dòng)后，通過(guò)USB TypeC數(shù)據(jù)線(xiàn)，將相機(jī)接入PC，打開(kāi)上位機(jī)，即可獲取圖像。以1080P60的SC2210為例，Windows客戶(hù)端采集圖像如下所示。

審核編輯：湯梓紅