3. Camera Sensor驱动基础

Camera Sensor 驱动是 V4L2 Subdev 体系中最底层的硬件抽象层。开发者必须掌握 Sensor 的物理接口、控制总线以及电源管理时序，才能正确初始化 Sensor 并输出符合 ISP 要求的图像数据。本章围绕这三个核心基础展开。

3.1 Sensor硬件接口：MIPI CSI-2 与 DVP

当前主流 Sensor 与 SoC/ISP 之间的数据传输接口分为两大类：MIPI CSI-2（Camera Serial Interface 2）和 DVP（Digital Video Port）。两者在信号线数量、速率、抗干扰能力和适用场景上有显著差异。

3.2 Sensor寄存器读写：I2C 与 SPI 控制总线

Sensor 的寄存器配置（曝光、增益、帧率、输出格式等）通过低速控制总线完成。绝大多数 Sensor 使用 I2C，少数高速或高分辨率 Sensor 使用 SPI。驱动开发的核心是封装正确的读写时序。

3.2.1 I2C 读写流程

I2C 是两线制（SCL + SDA）同步串行总线。Sensor 作为从设备，驱动通过主控器（I2C adapter）发起读写事务。标准流程如下：

1. START 条件：SCL 高电平时 SDA 由高变低。
2. 发送从设备地址 + 写位 (W)：7 位地址 + 0。
3. 等待 ACK：Sensor 拉低 SDA 确认。
4. 发送寄存器地址：16 位或 8 位，取决于 Sensor 规格。
5. 等待 ACK。
6. 发送数据（写）或 重复 START + 读位（读）。
7. STOP 条件：SCL 高电平时 SDA 由低变高。

// 单字节写
int regmap_write(struct regmap *map, unsigned int reg, unsigned int val);

// 多字节读（自动处理地址递增）
int regmap_bulk_read(struct regmap *map, unsigned int reg,
                     void *val, size_t val_count);

// 使用 i2c_smbus 接口（适用于简单 Sensor）
int i2c_smbus_write_byte_data(struct i2c_client *client,
                              u8 command, u8 value);
int i2c_smbus_read_byte_data(struct i2c_client *client, u8 command);

3.2.2 SPI 读写流程

SPI 是四线制（SCLK、MOSI、MISO、CS）全双工同步总线。Sensor 通常使用 SPI 模式 0（CPOL=0, CPHA=0）或模式 3。读写操作通过 16 位或 24 位命令字完成：

// SPI 读写示例（使用 Linux SPI 框架）
static int sensor_spi_write(struct spi_device *spi, u16 reg, u8 val)
{
    u16 cmd = (0 << 15) | (reg & 0x7FFF);  // 写命令
    u8 tx_buf[3] = { cmd >> 8, cmd & 0xFF, val };
    struct spi_transfer t = {
        .tx_buf = tx_buf,
        .len = 3,
    };
    struct spi_message m;
    spi_message_init(&m);
    spi_message_add_tail(&t, &m);
    return spi_sync(spi, &m);
}

static int sensor_spi_read(struct spi_device *spi, u16 reg, u8 *val)
{
    u16 cmd = (1 << 15) | (reg & 0x7FFF);  // 读命令
    u8 tx_buf[3] = { cmd >> 8, cmd & 0xFF, 0 };
    u8 rx_buf[3] = {0};
    struct spi_transfer t = {
        .tx_buf = tx_buf,
        .rx_buf = rx_buf,
        .len = 3,
    };
    struct spi_message m;
    spi_message_init(&m);
    spi_message_add_tail(&t, &m);
    int ret = spi_sync(spi, &m);
    if (ret == 0)
        *val = rx_buf[2];
    return ret;
}

3.3 Sensor上电时序与复位

Sensor 对电源上电顺序和复位信号有严格的时间要求。错误的时序可能导致 Sensor 无法识别、输出花屏甚至损坏。典型的 Sensor 电源域包括：

• AVDD（模拟电源，通常 2.8V）
• DVDD（数字核心电源，通常 1.2V 或 1.8V）
• IOVDD（I/O 接口电源，通常 1.8V）

3.3.1 标准上电时序步骤

1. 拉低 RESET 引脚（确保 Sensor 处于复位状态）。
2. 依次使能电源：通常先 AVDD，再 DVDD，最后 IOVDD。间隔至少 100 μs。
3. 等待电源稳定：各电源达到标称值后等待 1~10 ms。
4. 释放 RESET：拉高 RESET 引脚，保持高电平。
5. 等待内部初始化：Sensor 内部 PLL 和寄存器加载需要 5~20 ms。
6. 通过 I2C/SPI 写入初始化序列。

3.3.2 驱动中实现上电时序

在 Linux 内核中，Sensor 驱动通常通过 struct regulator 和 struct gpio_desc 控制电源和复位。推荐在 sensor_power_on() 函数中实现完整时序：

static int sensor_power_on(struct device *dev)
{
    struct sensor_dev *sensor = dev_get_drvdata(dev);
    int ret;

    // 1. 拉低复位
    gpiod_set_value_cansleep(sensor->reset_gpio, 0);

    // 2. 依次使能电源
    ret = regulator_enable(sensor->avdd);   // AVDD 2.8V
    if (ret) return ret;
    usleep_range(200, 300);                 // t0->t1 间隔

    ret = regulator_enable(sensor->dvdd);   // DVDD 1.2V
    if (ret) goto err_dvdd;
    usleep_range(200, 300);                 // t1->t2 间隔

    ret = regulator_enable(sensor->iovdd);  // IOVDD 1.8V
    if (ret) goto err_iovdd;
    msleep(5);                              // t2->t3 电源稳定

    // 3. 释放复位
    gpiod_set_value_cansleep(sensor->reset_gpio, 1);
    msleep(10);                             // t3->t4 内部初始化

    // 4. 写入初始化寄存器序列
    ret = sensor_init_regs(sensor);
    if (ret) goto err_init;

    return 0;

err_init:
    regulator_disable(sensor->iovdd);
err_iovdd:
    regulator_disable(sensor->dvdd);
err_dvdd:
    regulator_disable(sensor->avdd);
    return ret;
}

3.4 本章小结