【相机标准】我的cameralink协议学习笔记（个人中文翻译，以及理解）

创作时间：2020-11-17
根据附件的原英文版cameralink协议，总结学习。
目录：
1.第一章简介
2.第二章信号需求
3.第三章端口分配
4.第四章 bit分配
5.第五章连接器
附录A 芯片组标准
附录B API 功能
附录C 不同配置（base medium full）下的bit 分配
附录D cameralink电缆信息

正文：
1.第一章简介
先说两个知识点吧。
知识点1：数字电平
知识点2: channel link
1）知识点1：数字电平有很多CML，TTL ,LVPEL,LVDS,LVCMOS等，那么为什么使用lvds这种数字接口？
LVDS有好处呀，好处如下:
用于低压差分信号点到点的传输，有三大优点
A) LVDS 传输的信号摆幅小，从而功耗低，一般差分线上电流不超过 4mA，负载阻抗为 100Ω。
B) LVDS 信号摆幅小，从而使得该结构可以在 2.4V 的低电压下工作。
C) LVDS 输入单端信号电压可以从 0V 到 2.4V 变化，单端信号摆幅为 400mV，这样允许输入共模电压从 0.2V 到 2.2V 范围内变化，也就是说 LVDS 允许收发两端地电势有±1V的落差。
在这里插入图片描述 LVDS Technical Description
Low Voltage Differential Signaling (LVDS) is a high-speed, low-power general purpose interface standard. The standard, known as ANSI/TIA/EIA-644, was approved in March 1996. LVDS uses differential signaling, with a nominal signal swing of 350 mV differential. The low signal swing decreases rise and fall times to achieve a theoretical maximum transmission rate of 1.923 Gbps into a loss-less medium. The low signal swing also means that the standard is not dependent on a particular supply voltage. LVDS uses current-mode drivers, which limit power consumption.The differential signals are immune to ±1 V common volt noise.
LVDS（：Low-Voltage Differential Signaling 低电压差分信号1）可采用CMOS、GaAs或其他技术实现，其供电电压可以从+5V到+3.3V，甚至更低;其传输介质可以是PCB连线，也可以是特制的电缆。标准推荐的最高数据传输速率是655Mbps，而理论上，在一个无衰耗的传输线上，LVDS的最高传输速率可达1.923Gbps。
注：
虽然lvds的速率可以很快，但是我们在camerlink中只把LVDS速率最高跑至595Mbps就行。我们这样“降额处理”下，这样在应用中就妥妥的没问题了。
2）知识点2：channel link technology 是什么？
channel link这个就是“通道链路技术”，通道链路一般就是在子板和母板的连接，整机对外等。我们肯定要选择一种简单便捷，带宽又高的链路。
先看看维基百科对channel link 的解释。https://en.wikipedia.org/wiki/Channel_Link
美国国家半导体的Channel-Link（C-Link）是一种高速接口，可以经济有效地以250兆比特/秒的速率传输数据到背板或电缆上的6.4千兆比特/秒。美国国家半导体公司在20世纪90年代后期推出了第一个Channel-Link芯片组，以提供连续扩展数据总线以获得更高吞吐量的替代方案。
Channel-Link使用LVDS，并且配置有三个，四个或八个并行数据传输通道，以及每个配置的源同步时钟。在有线应用中，它使用一对双绞线来传输时钟信号，而在其余差分对上，它以7倍于时钟信号频率的比特率传输数字数据。除了使用差分走线而不是双绞线之外，背板应用的工作方式相同。
三个Channel-Link芯片组配置提供不同的用户界面。例如，三通道芯片组拥有21个用于用户接口的单端输入和输出，而四通道芯片组则具有28个单端输入和输出。八通道芯片组具有48个单端输入和输出，因为它使用7个串行比特/通道中的一个来对另外6个比特进行DC平衡。
注：
channel link就想到了LVDS这种好的传输电平，其实LVDS也是美国国家仪器提出的，这个公司喜欢制定各种基础标准。那么Cameralink自然而然就学习了channel link，应用在视觉领域，以简单粗暴的办法为业界统一接口。这个统一好呀，就和秦王扫六合之后的统一“度量衡”一样。

捋一捋，思路就是这样的。LVDS电平----->channel link技术---->camera link协议
在这里插入图片描述 3）在Cameralink_base中（4对LVDS数据+1对LVDS时钟）最高带宽是多少？
有了接口，那么肯定要考虑这个接口的最大带宽，不同的接口就像是不同的道路，好的道路就是高速公路，不好的道路就是普通公路，或者乡间小道。
好，Cameralink这个四车道能跑多少速率呢？
High Data Transmission Rates
The data transmission rates of the Channel Link chipset (up to 2.38 Gbits/s)
support the current trend of increasing transfer speeds.
哎呀，怎么有来了这个数字2.38 Gbits/s，看下面。
我们来计算下：
并口： 85M28=2380M
（这个85M又是怎么出来的呢，原版协议文档在这埋了个伏笔，附录A就知道了）
LVDS: 595

4=2380M=2.38 G
297.524=2380M=2.38 G
2.第二章信号需求
camera千千万，敢用cameralink这个词，定这个接口的人要思考多了。就跟中国大学千千万，哪个敢叫个“中国大学”一样。如果只是传图像，那么还不如叫个camera_video_link来的准备。
一个相机或者采集卡基本上也就是控制信号，通信信号，图像信号，电源信号。那么cameralink接插件就把控制信号，通信信号，图像信号这三个都给合并了，免得被人说个名不副实，以偏概全。
cameralink没有包括电源接口，因为不能设备的电压电流不一样，需要的接插件的铜芯粗细都不一样，这个不好统一。
注：
cameralink这个协议可不单单是只相机。还有Frame Grabbers （字面上是帧抓取器，也就是我们说的采集卡）。
在这里插入图片描述
定协议的人不能只考虑了锁子，那还得钥匙呀。
下面是协议文档中书的，The standard Camera Link cable provides camera control signals,serial communication, and video data.即就是CC信号；X0~X3、XCLK信号；串口信号。
Video Data
The Channel Link technology is integral to the transmission of video data.
Image data and image enables are transmitted on the Channel Link bus.
Four enable signals are defined as:
• FVAL—Frame Valid (FVAL) is defined HIGH for valid lines.帧有效，高有效
• LVAL—Line Valid (LVAL) is defined HIGH for valid pixels.行有效，高有效
• DVAL—Data Valid (DVAL) is defined HIGH when data is valid. 数据有效，高有效
• Spare— A spare has been defined for future use. 空，预留（麻将中的白板）
All four enables must be provided by the camera on each Channel Link
chip. All unused data bits must be tied to a known value by the camera.
For more information on image data bit allocations, see Section 3,
Bit Assignments, and Appendix C, Bit Assignments According to
Configuration.
Camera Control Signals
Four LVDS pairs are reserved for general-purpose camera control. They
are defined as camera inputs and frame grabber outputs. Camera
manufacturers can define these signals to meet their needs for a particular
product. The signals are:
• Camera Control 1 (CC1)
• Camera Control 2 (CC2)
• Camera Control 3 (CC3)
• Camera Control 4 (CC4)
Communication
Two LVDS pairs have been allocated for asynchronous serial
communication to and from the camera and frame grabber. Cameras and
frame grabbers should support at least 9600 baud. These signals are
• SerTFG—Differential pair with serial communications to the frame
grabber.
• SerTC—Differential pair with serial communications to the camera
Power
Power will not be provided on the Camera Link connector. The camera will
receive power through a separate cable. Each camera manufacturer will
define their own power connector, current, and voltage requirements.
3.第三章端口分配
camera_link接口包括三种配置，因为一个channel chip 只支持28bit，那么要想传高带宽的就得需要多个channel chip。
协议约定了三种配置的命名：
Base—Single Channel Link chip, single cable connector 单channel chip ，单线缆连接器
Medium—Two Channel Link chips, two cable connectors. 双channel chip ，双线缆连接器Full—Three Channel Link chips, two cable connectors. 三channel chip ，双线缆连接器

port definition （端口定义）
1 port =8bit（LSB=bit0. MSB=bit7）
cameralink利用8个Port,从A到H
表3-1，端口分配&三种配置
如果相机在每个周期中仅输出一个像素，那么就使用分配给像素A的端口；
如果相机在每个周期中输出两个像素，那么就使用分配给像素A和像素B的端口；
如果相机在每个周期中输出三个像素，那么就使用分配给像素A，B和C的端口；
以此类推至相机每周期输出8个像素，那分配给A到H的八个端口都将被使用。
在这里插入图片描述
图3-1，三种配置下的信号路由

图3-2，三种配置下的框图

4.第四章 bit分配
流行的相机详细位分配见附录C
在这里插入图片描述

5.第五章连接器
使用的连接器型号为MDR 26_PIN。
该连接器在channel link应用中，具有高速率的传输，且在很成功和被认可，因此也被选择应用在Cameralink中。
3M公司紧密配合NI公司测试和验证了高速MDR连接器在LVDS传输的性能。
在这里插入图片描述
该连接器芯点定义如下表5-2：
注：
分为两种，一种是在采集卡端，一种是相机端。不要出错。

屏蔽建议：
1）电缆的外部屏蔽层连接至连接器的外壳。
2）建议相机的内壳（inner shield）连接至数字地。
3）建议在采集卡在出厂时通过一个0欧电阻将内壳(inner shiled)和数字地连接。如果必要的话，可以去掉这个0欧电阻并使用一个高阻的电阻和并联电容。
4）不用的对应该在电缆的接收终端加上100欧电阻。

注：
所有的对都用铝箔屏蔽。屏蔽用铝包住并和四个数字地（inner shiled）连接。
外部的鞭子与铝（机壳地）是和内部数字地是隔离的。

附录A 芯片组标准
cameralink 使用产自NI公司的28bit的channel link芯片。
由于潜在的接口原因，使用类似技术，比如说是 TI 或者其他厂家的芯片，可能与cameralink接口不匹配。
下面为NI的芯片组
* 在这里插入图片描述
MDR26连接器中使用LVDS电平做为相机控制信号，并在芯点排列上考虑了最佳的印制板线路路径。
以下是NI公司推荐的用于控制信号的转换芯片。
相机端一般用的是048作为控制的接收，采集卡控制板一般用047作为控制的输出。
048Datasheet:
在这里插入图片描述