瑞薩RA8D1 CEU介紹與使用說明

隨著Cortex CM85內(nèi)核RA8系列MCU的發(fā)布，各界保持對(duì)RA8系列高度關(guān)注。說到如今最流行的科技話題——AI，RA8在AI應(yīng)用方面也不甘落后。RA8有著豐富的接口去連接所需要的外設(shè)，比如RA8擁有視覺類應(yīng)用所需要用到的攝像頭接口。作為MCU屆的“當(dāng)紅炸子雞”，本文我們將對(duì)RA8的特色模塊CEU一睹為快。

瑞薩RA8D1 MCU系列是業(yè)界首款基于Arm Cortex-M85 (CM85) 內(nèi)核的32位圖形微控制器 (MCU)，能夠在480 MHz頻率下實(shí)現(xiàn)超過3000 CoreMark分?jǐn)?shù)的突破性性能，可支持高分辨率顯示和視覺AI應(yīng)用的卓越圖形功能。此系列屬于通用型MCU器件，適用于工業(yè)自動(dòng)化、家用電器、智能家居、消費(fèi)品、樓宇/家居自動(dòng)化和醫(yī)療/保健細(xì)分市場(chǎng)中的各種高性能和計(jì)算密集型應(yīng)用場(chǎng)景。

RA8D1 MCU集成了高性能CM85內(nèi)核和大內(nèi)存，以及豐富的外設(shè)集，包括帶并行RGB和MIPI-DSI接口的高分辨率TFT-LCD控制器、2D繪圖引擎、16位攝像頭接口和多個(gè)外部?jī)?nèi)存接口，經(jīng)過優(yōu)化可滿足各種圖形和視覺AI應(yīng)用的需求。此類MCU采用176引腳和224引腳封裝。內(nèi)置類似Secure Element的功能，搭配先進(jìn)的加密安全I(xiàn)P、不可變存儲(chǔ)、真實(shí)安全啟動(dòng)和防篡改保護(hù)功能，實(shí)現(xiàn)真正安全的物聯(lián)網(wǎng)。

RA8D1 MCU由靈活軟件包（FSP）和一整套軟硬件開發(fā)工具提供全面支持。

一

CEU特點(diǎn)

捕獲引擎單元（CEU）是一個(gè)捕獲模塊，可以獲取外部輸入的圖像數(shù)據(jù)并將其傳輸?shù)絻?nèi)存中。CEU通過總線橋模塊連接到系統(tǒng)總線。它具備以下特性：

1

圖像數(shù)據(jù)獲取

從外部模塊采集圖像，同時(shí)可以把采集到的YCbCr圖像數(shù)據(jù)分離成Y數(shù)據(jù)和CbCr，并分別把Y數(shù)據(jù)和CbCr數(shù)據(jù)寫入內(nèi)存。

2

采集JPEG和RGB565數(shù)據(jù)

以兩個(gè)field單位或一個(gè)field單位獲取交錯(cuò)源圖像，并將其寫入內(nèi)存。在兩種field捕獲中，圖像都可以作為幀圖像存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。

3

濾波處理

可以通過內(nèi)部的濾波器對(duì)圖像進(jìn)行縮小處理和去除高頻分量（僅在水平方向）。圖像縮小不能超過VGA格式。只能對(duì)YCbCr數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波。

4

格式轉(zhuǎn)換

把YCbCr422輸入格式轉(zhuǎn)換成YCbCr420并寫入內(nèi)存。

二

硬件配置

下面介紹一下EK-RA8D1和camera模組OV7670的硬件連接。從原理圖分析得知，camera信號(hào)通過CAM_OE_L控制是否于MCU連通，所以在使用camera時(shí)，需要把CAM_OE_L使能，在EK上SW1-3需要切換到“ON”。具體連線圖可以參考EK-RA8D1原理圖。

圖1 實(shí)際連接和效果圖

CEU引腳配置

從上表可以看出，CEU最大data size可以支持16bit。

三

在FSP里面配置CEU

如圖2，通過點(diǎn)擊Stacks->New Stack->Graphics->Capture Engine Unit(r_ceu) 添加CEU，然后對(duì)CEU的屬性進(jìn)行配置，主要包括模式、引腳配置等，如下圖3。

圖2 CEU模塊

圖3 CEU屬性配置

在生成CEU代碼后，F(xiàn)SP提供了如下API，如圖4。

圖4 CEU APIs

我們可以利用以上API去對(duì)攝像頭進(jìn)行操作，采集圖像。下面通過配置CEU驅(qū)動(dòng)OV7670做一個(gè)講解。

首先確定攝像頭采集的模式，這次采用RGB565，對(duì)應(yīng)CEU的capture mode設(shè)為Data Enable Fetch，這種模式下需要配置Data Enable Buffer Size的大小，這個(gè)大小根據(jù)攝像頭分辨率設(shè)定，比如OV7670的分辨率為640*480，本次實(shí)驗(yàn)設(shè)置的Buffer Size為614400。如果采集的是RGB格式的數(shù)據(jù)，capture mode可以設(shè)為Data Synchronous Fetch，此時(shí)Data Enable Buffer Size需要設(shè)為0。

圖5 攝像頭初始化代碼

從代碼來(lái)看，對(duì)CEU的初始化也是非常簡(jiǎn)單，只需調(diào)用R_CEU_Open() 即可完成初始化，其他是對(duì)攝像頭的配置，通過I2C完成，具體細(xì)節(jié)不做介紹。完成攝像頭和CEU配置后，即可進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀取，由于FSP已經(jīng)配置好，對(duì)數(shù)據(jù)的讀取也是非常的簡(jiǎn)單易用，如圖6。

圖6 CEU采集數(shù)據(jù)

當(dāng)調(diào)用R_CEU_CaptureStart()，CEU完成后會(huì)產(chǎn)生一個(gè)中斷把g_capture_ready置位，然后把數(shù)據(jù)寫到bsp_camera_buffer中。整體代碼調(diào)用如圖7。至此，我們可以完成一個(gè)簡(jiǎn)單的攝像頭數(shù)據(jù)采集。

圖7 CEU采集攝像頭整體流程

四

CEU特色功能

CEU相比于傳統(tǒng)的并行數(shù)據(jù)采集模塊，比如PDC，不僅在速度上有了很大的提高，而且多了一些基本的圖像處理功能，比如圖像縮小，剪切等。顧名思義，圖像縮小就是按照一定比例將一幅原始圖像壓縮，達(dá)到減小存儲(chǔ)空間的目的。如下圖。

圖8 CEU縮小圖像示意圖

其中圖像縮小的比例可以由以下公式計(jì)算：

MANT和FRAC為CEU的寄存器，SCL是用戶想要的縮小比例。如果不考慮小數(shù)點(diǎn)，其中MANT和FRAC可以按照以下公式計(jì)算：

圖像裁剪，如圖9，CEU可以對(duì)輸入的一幅圖像做裁剪。對(duì)HFCLP和VFCLP寫入對(duì)應(yīng)的值就可以完成圖像的裁剪，不過要注意一些限定條件：垂直方向剪切大小必須以4像素為單位，水平方向必須以8像素為單位。

圖9 CEU裁剪圖像示意圖

五

RA8D1 CEU VS. RA6M3 PDC

六

總結(jié)

RA8D1 CEU除了在并行接口采集攝像頭數(shù)據(jù)上給用戶提供了豐富的用法外，基于120MHz的像素時(shí)鐘，還可以支持一些高幀率的攝像頭，同時(shí)支持圖像處理的一些基本Filter。如前面介紹，圖像的縮小，裁剪，以及去除一些高頻分量等。相信這些功能在如今相對(duì)小memory size的MCU上做一些圖像的采集和處理時(shí)，可以發(fā)揮非常重要的作用。

審核編輯：劉清