【相機標準】我的cameralink協議學習筆記（個人中文翻譯，以及理解）

創作時間：2020-11-17
根據附件的原英文版cameralink協議，總結學習，
目錄：
1.第一章 簡介
2.第二章 信號需求
3.第三章 埠分配
4.第四章 bit分配
5.第五章 連接器
附錄A 芯片組標準
附錄B API 功能
附錄C 不同配置（base medium full）下的bit 分配
附錄D cameralink電纜資訊
正文：
1.第一章 簡介
先說兩個知識點吧，
知識點1：數字電平
知識點2: channel link
1）知識點1：數字電平有很多CML，TTL ,LVPEL,LVDS,LVCMOS等，那么為什么使用lvds這種數字介面？
LVDS有好處呀，好處如下:
用于低壓差分信號點到點的傳輸，有三大優點
A) LVDS 傳輸的信號擺幅小，從而功耗低，一般差分線上電流不超過 4mA，負載阻抗為 100Ω，
B) LVDS 信號擺幅小，從而使得該結構可以在 2.4V 的低電壓下作業，
C) LVDS 輸入單端信號電壓可以從 0V 到 2.4V 變化，單端信號擺幅為 400mV，這樣允許輸入共模電壓從 0.2V 到 2.2V 范圍內變化，也就是說 LVDS 允許收發兩端地電勢有±1V的落差，
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 低電壓差分信號1）可采 用CMOS、GaAs或其他技術實作，其供電電壓可以從+5V到+3.3V，甚至更低;其傳輸介質可以是PCB連線，也可以是特制的電纜，標準推薦的最高資料傳輸速率是655Mbps，而理論上，在一個無衰耗的傳輸線上，LVDS的最高傳輸速率可達1.923Gbps，
注：
雖然lvds的速率可以很快，但是我們在camerlink中只把LVDS速率最高跑至595Mbps就行，我們這樣“降額處理”下，這樣在應用中就妥妥的沒問題了，
2）知識點2：channel link technology 是什么？
channel link這個就是“通道鏈路技術”，通道鏈路一般就是在子板和母板的連接，整機對外等，我們肯定要選擇一種簡單便捷，帶寬又高的鏈路，
先看看維基百科對channel link 的解釋，https://en.wikipedia.org/wiki/Channel_Link
美國國家半導體的Channel-Link（C-Link）是一種高速介面，可以經濟有效地以250兆位元/秒的速率傳輸資料到背板或電纜上的6.4千兆位元/秒，美國國家半導體公司在20世紀90年代后期推出了第一個Channel-Link芯片組，以提供連續擴展資料總線以獲得更高吞吐量的替代方案，
Channel-Link使用LVDS，并且配置有三個，四個或八個并行資料傳輸通道，以及每個配置的源同步時鐘，在有線應用中，它使用一對雙絞線來傳輸時鐘信號，而在其余差分對上，它以7倍于時鐘信號頻率的位元率傳輸數字資料，除了使用差分走線而不是雙絞線之外，背板應用的作業方式相同，
三個Channel-Link芯片組配置提供不同的用戶界面，例如，三通道芯片組擁有21個用于用戶介面的單端輸入和輸出，而四通道芯片組則具有28個單端輸入和輸出，八通道芯片組具有48個單端輸入和輸出，因為它使用7個串行位元/通道中的一個來對另外6個位元進行DC平衡，
注：
channel link就想到了LVDS這種好的傳輸電平，其實LVDS也是美國國家儀器提出的，這個公司喜歡制定各種基礎標準，那么Cameralink自然而然就學習了channel link，應用在視覺領域，以簡單粗暴的辦法為業界統一介面，這個統一好呀，就和秦王掃六合之后的統一“度量衡”一樣，

捋一捋，思路就是這樣的，LVDS電平----->channel link技術---->camera link協議
3）在Cameralink_base中（4對LVDS資料+1對LVDS時鐘）最高帶寬是多少？
有了介面，那么肯定要考慮這個介面的最大帶寬，不同的介面就像是不同的道路，好的道路就是高速公路，不好的道路就是普通公路，或者鄉間小道，
好，Cameralink這個四車道能跑多少速率呢？
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，怎么有來了這個數字2.38 Gbits/s，看下面，
我們來計算下：
并口： 85M28=2380M
（這個85M又是怎么出來的呢，原版協議檔案在這埋了個伏筆，附錄A就知道了）
LVDS: 5954=2380M=2.38 G
297.524=2380M=2.38 G
2.第二章 信號需求
camera千千萬，敢用cameralink這個詞，定這個介面的人要思考多了，就跟中國大學千千萬，哪個敢叫個“中國大學”一樣，如果只是傳影像，那么還不如叫個camera_video_link來的準備，
一個相機或者采集卡基本上也就是控制信號，通信信號，影像信號，電源信號，那么cameralink接插件就把控制信號，通信信號，影像信號這三個都給合并了，免得被人說個名不副實，以偏概全，
cameralink沒有包括電源介面，因為不能設備的電壓電流不一樣，需要的接插件的銅芯粗細都不一樣，這個不好統一，
注：
cameralink這個協議可不單單是只相機，還有Frame Grabbers （字面上是幀抓取器，也就是我們說的采集卡），

定協議的人不能只考慮了鎖子，那還得鑰匙呀，
下面是協議檔案中書的，The standard Camera Link cable provides camera control signals,serial communication, and video data.即就是CC信號；X0~X3、XCLK信號；串口信號，
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.幀有效，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. 資料有效，高有效
? Spare— A spare has been defined for future use. 空，預留（麻將中的白板）
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 埠分配
camera_link介面包括三種配置，因為一個channel chip 只支持28bit，那么要想傳高帶寬的就得需要多個channel chip，
協議約定了三種配置的命名：
Base—Single Channel Link chip, single cable connector 單channel chip ，單線纜連接器
Medium—Two Channel Link chips, two cable connectors. 雙channel chip ，雙線纜連接器Full—Three Channel Link chips, two cable connectors. 三channel chip ，雙線纜連接器

port definition （埠定義）
1 port =8bit（LSB=bit0. MSB=bit7）
cameralink利用8個Port,從A到H
表3-1，埠分配&三種配置
如果相機在每個周期中僅輸出一個像素，那么就使用分配給像素A的埠；
如果相機在每個周期中輸出兩個像素，那么就使用分配給像素A和像素B的埠；
如果相機在每個周期中輸出三個像素，那么就使用分配給像素A，B和C的埠；
以此類推至相機每周期輸出8個像素，那分配給A到H的八個埠都將被使用，

圖3-1，三種配置下的信號路由

圖3-2，三種配置下的框圖

4.第四章 bit分配
流行的相機詳細位分配見附錄C

5.第五章 連接器
使用的連接器型號為MDR 26_PIN，
該連接器在channel link應用中，具有高速率的傳輸，且在很成功和被認可，因此也被選擇應用在Cameralink中，
3M公司緊密配合NI公司測驗和驗證了高速MDR連接器在LVDS傳輸的性能，

該連接器芯點定義如下表5-2：
注：
分為兩種，一種是在采集卡端，一種是相機端，不要出錯，


屏蔽建議：
1）電纜的外部屏蔽層連接至連接器的外殼，
2）建議相機的內殼（inner shield）連接至數字地，
3）建議在采集卡在出廠時通過一個0歐電阻將內殼(inner shiled)和數字地連接，如果必要的話，可以去掉這個0歐電阻并使用一個高阻的電阻和并聯電容，
4）不用的對應該在電纜的接收終端加上100歐電阻，

注：
所有的對都用鋁箔屏蔽，屏蔽用鋁包住并和四個數字地（inner shiled）連接，
外部的鞭子與鋁（機殼地）是和內部數字地是隔離的，

附錄A 芯片組標準
cameralink 使用產自NI公司的28bit的channel link芯片，
由于潛在的介面原因，使用類似技術，比如說是 TI 或者其他廠家的芯片，可能與cameralink介面不匹配，
下面為NI的芯片組
*
MDR26連接器中使用LVDS電平做為相機控制信號，并在芯點排列上考慮了最佳的印制板線路路徑，
以下是NI公司推薦的用于控制信號的轉換芯片，
相機端一般用的是048作為控制的接收，采集卡控制板一般用047作為控制的輸出，
048Datasheet:

附錄B API 功能
附錄C 不同配置（base medium full）下的bit 分配
主流相機的位分配見附錄C

1）BASE模式


2）medium模式



3）FULL模式

附錄D cameralink電纜資訊

THE END~

翻譯且學習了一周，陸陸續續，實屬不易，分享給各位工程師，
如果對您有所幫助，望點贊支持~