높은 대역폭, 장거리 지원, 데이터 무결성, 더 나은 성능 및 카메라의 신뢰성은 계속해서 자동차, 로봇 공학, 스마트 시티 등과 같은 다양한 산업 분야에 걸쳐 임베디드 비전 애플리케이션의 핵심 요구 사항이 될 것입니다. 그러한 애플리케이션에 사용되는 가장 인기 있는 카메라 인터페이스 중 일부는 MIPI CSI-2, USB 3.0 및 GigE입니다. 그러나 이들은 많은 새로운 시대 애플리케이션의 증가하는 요구를 충족시킬 수 없습니다. 이더넷 및 CAN과 같은 다른 인터페이스는 많은 자동차 및 자동차 애플리케이션에서 상당히 일반적입니다. 대용량의 대량의 고해상도 디지털 영상 데이터를 전송할 만큼 빠르지는 않습니다.
여기서 SerDes(Serializer/Deserializer) 기술은 게임 체인저가 됩니다.
SerDes 기법은 높은 데이터 전송 속도, 장거리 지원 및 더 나은 성능을 제공하기 때문에 통신, 데이터콤, 산업용 및 케이블 상호연결 애플리케이션에서 매우 널리 사용됩니다. 직렬 링크 기술은 열악한 산업 및 외부 환경에서도 안정적으로 작동하여 짧은 대기 시간으로 빠르게 데이터를 제공합니다. SerDes 기술은 입출력 핀 수 및 상호연결 수를 최소화하기 위해 단일 동축 케이블 또는 차동 페어 케이블(STP, SPP 등)을 통해 데이터 전송을 제공하는 것이 주된 목적입니다.
Gigabit Multimedia Serial Link™ (GMSL) 카메라는 직병렬화기(SerDes) 기술인 GMSL 및 GMSL2 기술을 사용하여 단일 동축 케이블을 통해 고속 영상, 양방향 제어 데이터 및 전원을 전달합니다.
이 기사에서는 GMSL 인터페이스가 MIPI라는 가장 널리 사용되는 카메라 인터페이스 중 하나와 어떻게 비교되는지 살펴봅니다.
GMSL 인터페이스란 무엇입니까?
GMSL과 MIPI 인터페이스의 차이점을 살펴보기 전에 먼저 GMSL 인터페이스가 무엇인지 이해해 보겠습니다.
GMSL은 인포테인먼트 및 첨단 운전자 보조 시스템ADAS(Advanced Driver Assistance Systems)와 같은 자동차 영상 애플리케이션에 주로 사용되는 고속 직렬 인터페이스입니다. 또한 많은 스마트 교통 및 로봇 애플리케이션에도 사용됩니다. GMSL 인터페이스는 HDMI, CSI-2, DSI, 비대칭 DSI, eDP, oLDI, 싱글/듀얼/쿼드 GMSL1/GMSL2 등 다양한 인터페이스를 가진 직렬화기 및 병렬화기 계열로 구성됩니다. GMSL은 데이터를 직렬 스트림으로 변환하기 위해 송신기 측에서 직렬화기를 사용하고, 처리를 위해 직렬을 병렬 단어로 변환하기 위해 수신 측에서 병렬로 변환하는 병렬화기를 사용합니다. 초당 최대 6Gb의 속도로 영상를 전송할 수 있습니다.
아래는 GMSL 인터페이스를 사용하는 임베디드 비전 시스템의 블록 다이어그램입니다.
MIPI 인터페이스란 무엇입니까?
GMSL 카메라와 그 애플리게이션 이점에 대해 살펴보기 전에 MIPI 카메라가 무엇인지 알아보겠습니다.
MIPI는 카메라와 호스트 프로세서 사이에서 영상및 이미지 데이터를 전송하는 고속 프로토콜입니다. 그들은 모바일 장치에서 널리 사용됩니다. MIPI 인터페이스 변형 중 하나인 MIPI CSI-2는 최대 초당 6Gb의 대역폭을 제공하며 달성 가능한 초당 약 5Gb의 대역폭을 제공합니다. MIPI CSI-2는 이미지 센서를 임베디드 보드와 연결하여 이미지 데이터를 제어하고 처리합니다. 이는 센서와 임베디드 보드가 이미지를 캡처하는 카메라 시스템 역할을 하도록 도와줍니다. 표준 MIPI CSI-2 카메라 연결을 위한 최대 케이블 길이는 30cm입니다.
MIPI 카메라에 대해 자세히 알아보려면 MIPI 카메라란 무엇입니까? MIPI 카메라는 어떻게 작동합니까?
이제 GMSL 카메라 인터페이스 사용의 이점과 그 성능에 대해 알아보겠습니다.
GMSL 카메라 대 MIPI 카메라
GMSL 카메라 인터페이스는 빠른 데이터 속도, 높은 대역폭, 데이터 무결성 및 더 나은 EMI/EMC 성능에 대한 증가하는 요구를 충족합니다. 우리는 다음 매개 변수에 따라 GMSL과 MIPI 인터페이스의 유사점과 차이점을 살펴볼 것입니다:
- 전송 거리
- EMI/EMC 성능
- 영상 복제
- 자동 반복 요청(ARQ) 기능
- 하위 호환성
- 가상 채널 지원
- 호환 플랫폼
전송거리
컴퓨팅 장치와 각 카메라 모듈 사이의 거리가 30cm 이상인 트럭과 같은 대형 차량을 생각해 보겠습니다. 여기서 GMSL SerDes 기술은 최대 15m 거리까지 장거리 전송을 가능하게 하는 데 더 도움이 될 수 있습니다. 이러한 카메라는 50Ω 동축 케이블 또는 100Ω STP를 통해 호스트 프로세서에서 15m 떨어진 곳에 배치하여 최대 속도로 작동할 수 있으며 여전히 높은 프레임 속도와 더 짧은 지연 시간을 지원합니다.
또한, GMSL에서 적응형 라인 이퀄라이저를 사용하여 높은 주파수에서 더 높은 케이블 감쇄를 보상할 수 있습니다. 이 케이블 이퀄라이저는 최대 30m 동축 및 15m STP 케이블 길이를 처리할 수 있는 12단계의 보상을 제공합니다. 반면, 표준 MIPI® CSI-2 카메라 연결을 위한 최대 케이블 길이는 30cm입니다.
EMI/EMC 성능
전자기 간섭(EMI)은 카메라에서 여전히 심각한 문제로 남아 있습니다. 이 유해한 간섭은 케이블, 커넥터, PCB 조합 및 근처에 있는 전자 장치의 성능에 영향을 미치기 때문입니다. 전자 장치가 설계된 대로 작동하려면 EMI로부터 보호되어야 합니다. 따라서 유해한 간섭을 일으키지 않는지 확인하기 위해 EMC/EMI 테스트가 수행됩니다.
프로그래밍 가능한 출력 – 확산 스펙트럼 기능 – 은 GMSL의 직렬화기 및 병렬화기 IC 각각에 내장되어 안전 기반 카메라 애플리게이션을 향상시킵니다. 외부 확산 스펙트럼 클럭 없이 링크의 전자파 간섭(EMI) 성능을 향상시킵니다. MAX96705는 높은 면역 모드(HIM)를 갖춘 컴팩트한 직렬화기로, 보다 신뢰성 있는 역채널 통신을 제공합니다. GMSL 직렬화기의 이 고면역 모드는 강력한 제어 채널 전자파 적합성(EMC) 내성을 위해 설계되었습니다.
영상 복제
GMSL 스플리터 모드는 디스플레이 어플리케이션을 대상으로 합니다. 이 모드는 두 개의 병렬화기에 연결된 단일 직렬화기로 정의됩니다. 스플리터 모드에서는 각 영상 파이프의 출력을 각 GMSL PHY로 마스킹할 수 있습니다. 이를 영상 복제라고 합니다.
집성 모드는 역분할 모드라고도 하며, 카메라 애플리케이션을 대상으로 합니다. 단일 병렬화기에 연결된 두 개의 직렬화기로 정의됩니다
자동 반복 요청(ARQ)
ARQ는 안정적인 데이터 전송을 보장하기 위해 GMSL에서 사용하는 오류 제어 및 패킷 복구 방법입니다. 이 방법을 사용하면 송신측에서 수신자로부터 패킷을 확인하지 않을 때 오류 없이 패킷을 자동으로 재전송할 수 있습니다. GMSL2 에서 ARQ는 CRC(Cyclic Redundancy Check)와 함께 작동하여 패킷 수신 여부를 감지합니다. 이를 통해 시스템의 중요한 제어 기능에 대한 높은 견고성을 얻을 수 있습니다.
하위 호환성
GMSL1 및 GMSL2 인터페이스는 하위 호환 모드를 지원합니다. 이 GMSL1 하위 호환 모드를 사용하면 GMSL2 SerDes 구성 요소가 이전 세대 GMSL1과 함께 작동할 수 있습니다. GMSL2 GMSL1 하위 호환 모드도 유사하게 작동할 수 있습니다. 그러나 GMSL1과 GMSL2 모드 간에는 몇 가지 작동상의 차이가 있습니다. 또한 일부 GMSL2 기능은 GMSL1 모드에서 작동할 때 사용하지 못할 수 있습니다.
아래는 GMSL2와 GMSL1 인터페이스가 함께 작동하는 방법을 그림으로 표현한 것입니다:
유효한 클럭이 감지되고 고속 PLL이 잠기면 SER과 DES 간의 데이터 전송이 시작됩니다. 입력 3Gbps 또는 1.5Gbps 영상는 GMSL1 DES에 의해 제한됩니다.
가상 채널 지원
가상 채널을 사용하는 SerDes 구조는 다수의 카메라 캡처를 가능하게 합니다. 가상 채널은 MIPI CSI-2 및 CSI-3 사양에 의해 지원됩니다. 이중 4레인 MIPI CSI-2의 경우 GMSL 병렬화기(MAX9296과 같이)는 최대 16개의 가상 채널 ID를 효과적으로 디코딩할 수 있습니다. 이 병렬화기는 들어오는 모든 영상 스트림을 결합하고 (가상 채널 식별 패킷을 사용하여) CSI-2를 통해 출력을 제공합니다. 여기서 프레임 동기 잠금 상태를 달성해야 합니다.
아래 이미지를 통해 멀티카메라 시스템이 GMSL 인터페이스를 사용하여 이미지 또는 영상 데이터를 호스트 프로세서로 전송하는 방법을 이해할 수 있습니다:
환 플랫폼
GMSL 카메라는NVIDIA® Jetson™ 개발 키트와 커넥트 테크의 Rogue, Rudi-AGX 및 Rudi NX 플랫폼을 Jetson Xavier™ NX 기반으로 즉시 지원합니다. 이를 통해 빠른 프로토타이핑과 비전 지원 제품의 더 빠른 배포가 가능합니다. 모든 GMSL 장치와 호환되는 UART 인터페이스는 여러 UART 패킷을 통해 장치에서 장치로 명령을 전송합니다. 다른 한편으로는 MIPI® CSI 인터페이스도 Jetson™ Nano, TX2, AGX Xavier 등과 같은 다양한 개발자 키트에서 광범위하게 지원됩니다.
비용.
긴 케이블을 가진 GMSL 카메라는 최고 성능을 제공하지만 일반적인 애플리케이션이나 근거리 애플리케이션에서는 필요하지 않습니다. 장거리 케이블에 사용되며 고성능이어야 하기 때문에 MIPI나 USB 카메라보다 가격이 더 비쌉니다.. 그러나 SerDes 링크에 STP 케이블 대신 동축 케이블을 사용하면 비용 측면에서 장점이 있습니다. 동축 케이블은 가격이 저렴하고 가볍고 유연하며 고주파에서 손실이 적습니다. MIPI에서는 C-PHY ℠를 도입하여 시스템 비용이 절감되었습니다. 하지만 경우에 따라 MIPI 카메라 용 드라이버를 사용할 수 없는 경우 추가 개발 비용이 발생할 수 있습니다.
MIPI와 GMSL 외에도 USB는 가장 인기 있는 카메라 인터페이스 중 하나입니다. MIPI 카메라가 USB 카메라와 어떻게 비교되는지 알고 싶다면 MIPI 카메라와 USB 카메라를 살펴보세요 – 자세한 비교.
임베디드 비전 시스템용 인터페이스를 선택하는 방법을 알아보려면 임베디드 비전 시스템에 적합한 인터페이스를 선택하는 방법을 참조하세요 .
GMSL이 일반적으로 다른 인터페이스보다 선호되는 임베디드 비전 애플리케이션
이전에 이미 논의한 바와 같이, MIPI나 USB와 같은 인터페이스는 많은 양의 이미지나 영상 데이터를 장거리로 전송해야 하는 애플리케이션에서는 충분하지 않을 것입니다. 이 절에서는 GMSL 인터페이스가 다른 것들보다 선호되는 가장 일반적인 카메라 기반 애플리케이션 중 일부를 살펴보도록 하겠습니다.
로봇공학
자율 이동 로봇(AMR)은 창고 보관, 자동차 제조, 물류, 전자 상거래, 의료 등에서 다양한 자동화 작업에 사용됩니다. AMR과 로봇 공학 시스템의 카메라는 여러 이미징 요구 사항을 충족합니다. AMR에서 카메라는 네비게이션, 물체 감지 및 물체 식별에 필요합니다. 빠른 프레임 속도와 낮은 노출 시간은 로봇 애플리게이션을 위한 카메라를 선택하기 위해 고려되어야 하는 주요 요소입니다. GMSL 카메라는 빠른 프레임 속도와 낮은 노출 시간 기능을 가지고 있기 때문에 최적의 해결책을 제공합니다. 또한 이미 논의된 바와 같이 원격 로봇 공학을 위해 호스트로부터 15m 거리까지 데이터를 전송할 수 있습니다.
스마트 교통 시스템
스마트 교통 시스템은 센서, 카메라, 라우터 및 기타 기술을 사용하여 교통 관리를 개선하고 안전을 강화하는데 도움이 됩니다. 이 애플리케이션은 캡처된 이미지 및 영상 데이터의 장거리 전송을 요구합니다. 따라서 15 m 케이블 및 다중 카메라 캡처 기능을 가진 GMSL 인터페이스는 안정적으로 데이터를 호스트 플랫폼으로 전송하는데 사용됩니다.
첨단 운전자 보조 시스템(ADAS)
ADAS 시스템은 도로를 더 안전하게 만드는 데 도움을 주고 있습니다. 또한 차선 위치 설정, 주차 보조 및 충돌 방지와 같은 기능으로 운전 경험을 향상시킵니다. 이 문서에서 논의된 이점을 통해 GMSL SerDes 기술은 압축되지 않은 카메라 피드 전송을 위한 높은 신뢰성 및 유연성과 같은 ADAS 시스템의 필수 요구 사항을 충족합니다.
차량 관리
처량관리 시스템 에서는 트럭이나 지게차와 같은 대형 차량을 커버하기 위해 여러 대의 카메라가 필요합니다. 이러한 차량에서는 사각지대로 인한 사고가 반복적으로 발생하는 것이 가장 큰 문제 중 하나입니다. 이러한 문제를 해결하기 위한 대표적인 방법은 사각지대를 제거하여 운전자에게 360도 인식을 제공하는 서라운드 뷰 시스템을 사용하는 것입니다. 서라운드 뷰 시스템은 카메라가 호스트 프로세서로부터 먼 거리에 배치되는 다중 카메라 시스템을 포함합니다. 이를 위해서는 먼 거리에서 데이터를 안정적으로 전송할 수 있는 GMSL과 같은 인터페이스의 사용이 요구됩니다.
자동차 인포테인먼트 시스템
자동차 인포테인먼트 시스템은 승객 엔터테인먼트, 차량 및 환경 정보 표시, 네비게이션 및 연결과 같은 기능으로 운전자와 승객에게 몰입감 있는 경험을 제공합니다. 이러한 시스템은 종종 호스트 프로세서로부터 상당한 거리에 카메라를 배치해야 합니다(서라운드 뷰 시스템의 경우와 같이). 따라서 MIPI 또는 USB보다 GMSL이 선호됩니다.
GMSL 카메라의 적용은 위의 사항에 국한되지 않고 검사 카메라, 길거리 조명 카메라에도 사용할 수 있습니다.
e-con’s GMSL/GMSL2 Camera
e-con 시스템은 다양한 애플리케이션에 광범위한 GMSL/GMSL2 카메라를 제공합니다. HDR, IP66/67 등급 인클로저, 글로벌 셔터 및 롤링 셔터 및 LED 깜박임 완화와 같은 기능이 제공됩니다. 또한 엔비디아 젯슨 개발 키트와 호환됩니다. 다음은 e-con의 GMSL 카메라의 포괄적인 목록입니다
- STURDeCAM25 – IP67 등급 Full HD GMSL2 글로벌 셔터 컬러 카메라 모듈(15m 케이블 지원)
- NileCAM25 – 15m 케이블을 지원하는 Full HD GMSL2 글로벌 셔터 컬러 카메라/a>
- STURDeCAM20 – 서라운드 뷰 시스템용 IP67 Full HD GMSL2 HDR 카메라
- NileCAM21_CUXVR – NVIDIA® Jetson AGX Xavier™용 HDR GMSL2 멀티 카메라 솔루션
- NileCAM21 – LFM을 갖춘 Full HD GMSL2 HDR 카메라
- STURDeCAM20_CUXVR – Jetson AGX Xavier™용 IP67 Full HD GMSL2 HDR 카메라
- NileCAM25_CUXVR – NVIDIA Jetson AGX Xavier를 위한 15m 케이블 지원을 갖춘 Full HD GMSL2 글로벌 셔터 카메라
- STURDeCAM25_CUXVR – NVIDIA Jetson AGX Xavier를 위한 15m 케이블 지원을 갖춘 IP67B 등급 Full HD GMSL2 글로벌 셔터 카메라
- NileCAM30 – 3.4MP GMSL 카메라 모듈
- NileCAM30_USB – 3.4MP GMSL 카메라
- NileCAM30_TX2 – 3.4MP GMSL 카메라
Prabu는 e-con Systems의 최고 기술 책임자이자 카메라 제품 책임자이며 임베디드 비전 분야에서 15년 이상의 풍부한 경험을 갖고 있습니다. 그는 USB 카메라, 임베디드 비전 카메라, 비전 알고리즘 및 FPGA에 대한 깊은 지식을 제공합니다. 그는 의료, 산업, 농업, 소매, 생체 인식 등 다양한 분야에 걸쳐 50개 이상의 카메라 솔루션을 구축했습니다. 그는 또한 장치 드라이버 개발 및 BSP 개발에 대한 전문 지식을 갖추고 있습니다. 현재 Prabu의 초점은 새로운 시대의 AI 기반 애플리케이션을 지원하는 스마트 카메라 솔루션을 구축하는 것입니다.