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MIPI: Schnittstelle der Zukunft?

Was macht MIPI CSI-2 so attraktiv für (Embedded) Vision?

MIPI CSI-2 ist eine standardisierte Schnittstelle für Embedded Systeme und besitzt eine Transport-, Anwendungs- und Bit-Übertragungsschicht. Letztere ist in zwei Versionen verfügbar: D-PHY und C-PHY. Die Frage ist nun, ob MIPI auch eine Lösung für Embedded (Machine) Vision ist? Um dies zu diskutieren, hat inVISION die Firmen Allied Vision, Basler, Phytec und Silicon Software befragt.

„MIPI CSI-2 ist heute die weit verbreitetste Schnittstelle, wenn es darum geht, Embedded Systeme mit maschinellem Sehen auszustatten.“ – Paul Maria Zalewski, Allied Vision (Bild: Allied Vision Technologies GmbH)

Paul Maria Zalewski, Product Line Manager bei Allied Vision ist von den Vorteilen der Schnittstelle überzeugt: „MIPI CSI-2 ist heute die weit verbreitetste Schnittstelle, wenn es darum geht ein Embedded System mit maschinellem Sehen auszustatten. Aktuelle Embedded Boards besitzen standardmäßig eine solche Schnittstelle. Heutige Smartphones haben alle MIPI CSI-2, um sie mit CMOS-Kameramodulen zu betreiben.“ Für Zalewski sind es viele Gründe, die CSI-2 mit D-PHY so vielversprechend macht. Da wäre zum einen die Robustheit, d.h. eine einfache Architektur, bei der Befehle direkt von der CPU an die Kamera geschickt werden. Zudem sei auch der geringe Overhead auf der CPU-Seite des Embedded Boards – z.B. gegenüber USB – von Vorteil. Außerdem ist MIPI CSI-2 bereits in den meisten Co-Prozessoren auf Embedded Boards integriert, was eine direkte Kommunikation mit der CPU ermöglicht. Je nach Verfügbarkeit von Datenübertragungsleitungen auf Kamera und Embedded Board sowie gewünschter Bandbreite kann zwischen einer bis vier Leitungen frei gewählt werden. Auch die hohe Bandbreite – bei der Verwendung von vier Lanes bis zu 6Gbit/s -, der geringe Leistungsverbrauch, sowie die geringeren Entwicklungskosten sind Gründe, warum sich Allied Vision dazu entschieden hat, MIPI CSI-2 mit D-PHY als Schnittstelle in seiner neuen 1er Produktlinie anzubieten.

Für hohe Stückzahlen rentabel

„MIPI CSI-2 kann die Kameraschnittstelle der Zukunft für Embedded Applikationen werden, wenn es gelingt, die industrieüblichen Standards in die Schnittstelle einfließen zu lassen.“ – Frank Karstens, Basler (Basler AG)

Frank Karstens, Product Platform Manager bei der Basler AG sieht das Thema nicht ganz so optimistisch. Für ihn spiele MIPI CSI-2 bei Embedded Machine Vision Applikationen derzeit noch keine große Rolle. Hauptgrund hierfür sei der hohe Integrationsaufwand für die Anbindung eines Kameramoduls. „Für Kameramodule bei industriellen Embedded Anwendungen bieten die gängigen SoCs meist keinen Treiber-Support. Eine Eigenentwicklung ist zeitaufwendig und ohne Support vom SoC-Hersteller kaum zu schaffen.“ Zudem betont Karstens, dass wichtige Features, wie z.B. Triggern von Einzelbildern, bestimmte Pixelformate oder dynamisches Ändern der AOI oft nicht unterstützt werden. Problematisch sei auch die sehr kleine maximale Kabellänge von ca.30cm zwischen Sensor und SoC. Zudem sind Machine Vision Standards der GenICam-Welt in der MIPI-Welt unbekannt und die Migration von Code auf die MIPI CSI-2 Technologie dadurch schwierig. Karstens ist zwar überzeugt, dass sich diese Probleme mit Entwicklungsaufwand lösen lassen, allerdings die Kosten der Systeme in die Höhe treiben. Positiv sieht er die hohe Bandbreite, sowie die Tatsache, dass aktuelle SoCs oft bereits über zwei CSI-2 Ports mit insgesamt sechs Lanes verfügen, was schlanke und in puncto Herstellungskosten günstige Designs erlaube. Bei hohen Stückzahlen kann sich daher MIPI CSI-2 als Kameraschnittstelle auch heute schon rentieren. Bei kleineren Stückzahlen bieten sich für ihn jedoch eher standardisierte Schnittstellen wie USB 3.0 an. Sein Fazit: „Wir glauben, dass MIPI CSI-2 die Kameraschnittstelle der Zukunft für Embedded Applikationen werden kann, wenn es gelingt, die Industrie-üblichen Standards in die Schnittstelle einfließen zu lassen.“

Verfügbarkeit problematisch

„Da der MIPI-CSI-Standard aus dem Consumerbereich stammt, ist es schwierig, industrietaugliche Sensorchips mit verlässlichen Angaben zur Langzeit-Verfügbarkeit zu finden.“ – Martin Klahr, Phytec Messtechnik (Bild: Phytec Messtechnik GmbH)

Als Spezialist für die Integration von Imaging in Embedded Systeme beobachtet Martin Klahr, Bereichsleiter Bildverarbeitung bei der Phytec Messtechnik, die Entwicklung der MIPI-CSI-Schnittstelle schon längere Zeit. Grundsätzlich findet er die Schnittstelle interessant, denn viele Prozessoren, die für Embedded Systeme geeignet sind, besitzen bereits einen MIPI-CSI-Eingang. So ergibt sich für ihn die Möglichkeit, Bildverarbeitung kompakt und kosteneffizient in individuell gestaltete Seriengeräte zu integrieren. Problematisch sei bislang aber die Verfügbarkeit geeigneter Kamerasensoren. „Da der MIPI-CSI-Standard aus dem Consumerbereich stammt, ist es schwierig, industrietaugliche Sensorchips mit verlässlichen Angaben zur Langzeit-Verfügbarkeit zu finden. Gerade dies ist aber in industriellen Projekten wichtig, wo bereits die komplexe Entwicklung – inklusive Tests und notwendiger Zulassungen – längere Zeit in Anspruch nehmen kann, als die Verfügbarkeit kommerzieller Sensoren.“ Aus diesem Grund hat Phytec alternative Konzepte entwickelt, wie z.B. den phyCAM-S-Bus, welcher auf physikalischer Ebene wie MIPI-CSI mit LVDS-Übertragung arbeitet, aber den Einsatz industrieller Bildsensoren mit parallelem Interface erlaubt. „Wir erwarten aber, dass in naher Zukunft eine Reihe industrietauglicher Sensoren mit MIPI-CSI-Schnittstelle am Markt verfügbar sein wird, letztlich auch durch den Einsatz im Automobilbereich getrieben.“ so die Prognose von Martin Klahr. Da die Phytec Mikrocontrollermodule aber bereits heute mit einem MIPI-CSI-2-Eingang ausgestattet sind, lassen sich dann mit den neuen Sensoren schnell interessante Lösungen umsetzen.

LVDS attraktive Alternative

„Ob MIPI die übergreifende Schnittstelle werden kann, wird sich aus unserer Sicht schnell herausstellen.“ – Michael Noffz, Silicon Software „(TeDo Verlag GmbH)

Auch Silicon Software beobachtet die Entwicklung der neuen Schnittstelle. „Embedded Komponenten, die z.B. über eine MIPI Schnittstelle miteinander verbunden sind und hierüber kommunizieren, werden in einer Systemumgebung über Treiber und API unterstützt werden müssen. Dieses Thema betrifft daher auch uns“, beschreibt Michael Noffz, Leiter Marketing von Silicon Software, die aktuelle Lage. Für ihn gibt die EVSG (Embedded Vision Study Group) in ihrem Abschlussreport im Kapitel ´Standardisation Candidates 1: Interface Sensor Board to Processing Units/SoCs´ einen guten Überblick über Embedded Vision Anforderungen und verschiedene Lösungsansätze. Neben den evaluierten Schnittstellen MIPI, USB3 und PCI Express, ist für ihn auch LVDS als etablierte Machine Vision Schnittstelle nach 25 Jahren immer noch attraktiv. Michael Noffz betont zudem, dass man es im Bereich Embedded Vision mit stark heterogenen Märkten und Anforderungen zu tun habe: „Eine industrielle Lösung mit langen Liefergarantien kann für eine Branche essentiell sein, während andere Branchen schnelle Technologieentwicklungen und -wechsel einfordern. Firmen, die Lösungen für den industriellen und nicht-industriellen Embedded Vision Bereich und auch noch im Bereich Internet-of-Things anbieten, werden hier einen Spagat hinlegen müssen. Ob MIPI die übergreifende Schnittstelle werden kann, wird sich aus unserer Sicht schnell herausstellen“, so sein Fazit.

www.alliedvision.com
www.baslerweb.com
www.phytec.de
silicon.software

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