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RA8系列高度關注。說到如今最流行的科技話題——AI，RA8在AI應用方面也不甘落后。RA8有著豐富的接口去連接所需要的外設，比如RA8擁有視覺類應用所需要用到的攝像頭接口。作為MCU屆的“當紅炸子雞”，本文我們將對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頻率下實現(xiàn)超過3000 CoreMark分數(shù)的突破性性能，可支持高分辨率顯示和視覺AI應用的卓越圖形功能。此系列屬于通用型MCU器件，適用于工業(yè)自動化、家用電器、智能家居、消費品、樓宇/家居自動化和醫(yī)療/保健細分市場中的各種高性能和計算密集型應用場景。

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外部內(nèi)存接口，經(jīng)過優(yōu)化可滿足各種圖形和視覺AI應用的需求。此類MCU采用176引腳和224引腳封裝。內(nèi)置類似Secure Element的功能，搭配先進的加密安全IP、不可變存儲、真實安全啟動和防篡改保護功能，實現(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

捕獲引擎單元（CEU）是一個捕獲模塊，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field單位或一個field單位獲取交錯源圖像，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在存儲器中。

3

濾波處理

可以通過內(nèi)部的濾波器對圖像進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YCbCr數(shù)據(jù)進行濾波。

4

格式轉換

把YCbCr422輸入格式轉換成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信號通過CAM_OE_L控制是否于MCU連通，所以在使用camera時，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，通過點擊Stacks->New Stack->Graphics->Capture Engine Unit(r_ceu) 添加CEU，然后對CEU的屬性進行配置，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去對攝像頭進行操作，采集圖像。下面通過配置CEU驅動OV7670做一個講解。

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

圖5 攝像頭初始化代碼

從代碼來看，對CEU的初始化也是非常簡單，只需調用R_CEU_Open() 即可完成初始化，其他是對攝像頭的配置，通過I2C完成，具體細節(jié)不做介紹。完成攝像頭和CEU配置后，即可進行數(shù)據(jù)的讀取，由于FSP已經(jīng)配置好，對數(shù)據(jù)的讀取也是非常的簡單易用，如圖6。

圖6 CEU采集數(shù)據(jù)

當調用R_CEU_CaptureStart()，CEU完成后會產(chǎn)生一個中斷把g_capture_ready置位，然后把數(shù)據(jù)寫到bsp_camera_buffer中。整體代碼調用如圖7。至此，我們可以完成一個簡單的攝像頭數(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，達到減小存儲空間的目的。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，其中MANT和FRAC可以按照以下公式計算：

圖像裁剪，如圖9，CEU可以對輸入的一幅圖像做裁剪。對HFCLP和VFCLP寫入對應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

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的像素時鐘，還可以支持一些高幀率的攝像頭，同時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小memory size的MCU上做一些圖像的采集和處理時，可以發(fā)揮非常重要的作用。

審核編輯：劉清