Салют от российских ИТ: смущает только цена

Салют-ЭЛ24Д1: отладочная плата на российском процессоре 1892ВМ14Я для жестких условий эксплуатации

В нашей инженерной лаборатории появилась новая российская плата для экспериментов -- отладочный модуль Салют-ЭЛ24Д1 на многоядерной системе на кристалле 1892ВМ14Я для Арктики и космоса. Посмотрим, на что она способна.

Модуль Салют-ЭЛ24Д1, как и все отладочные платы, рассчитан на изучение возможностей процессора, разработку и отладку программного обеспечения. Его разработчик -- НПЦ <<ЭЛВИС>> -- начал поставки <<Салюта>> в конце 2015 года.

Одна из главных областей применения процессора 1892ВМ14Я -- системы машинного зрения, обработка видео- и аудиопотока с расчетом на жесткие условия, производственные или космические. Так что процессор ориентирован скорее на industrial, чем на гражданское применение -- диапазон рабочих температур составляет от -60?C до +85?C.

Чип 1892ВМ14Я разработан по технологии <<система на кристалле>> (SoC) и включает в себя два ядра ARM Cortex-A9, блок GPU Mali-300, два ядра DSP Elcore-03M, блок аппаратной видеообработки VELcore-01 и различные порты ввода-вывода.

Комплект поставки

В коробке, помимо самой отладочной платы Салют-ЭЛ24Д1, имеются блок питания на 12В, CSI-камера со шлейфом, карта памяти micro-SD на 32 Гб, адаптер USB -> UART, батарейка для RTC, антенна WiFi-модуля и радиатор для процессора, без которого неслабо греется.

Отладочная плата поставляется с предустановленным дистрибутивом Arch Linux. Доступны исходники buildroot, из которых можно самостоятельно собрать необходимые пакеты или всю систему.

Самое вкусное в Arch Linux -- демонстрационные утилиты для захвата видеопотока с CSI-камеры, утилиты для работы с видеокодеком H264 и Gstreamer с установленными RTSP-плагинами.

Интерфейсы платы

На плате имеются порты USB, Ethernet, Wifi и разъемы для подключения антенн ZigBee/GPS.

Видео/аудиоинтерфейсы включают HDMI-видеовыход, DSI-видеовыход, разъем CSI для подключения камеры, стандартный аудиовход/выход 3,5 мм.

Также доступны интерфейсы RS-232, RS-485, CAN-шина, UART, I2C, I2S, SPI.

На верхней части платы выведены отладочные порты и RaspberryPI-совместимый блок PLS-штырьков с GPIO и соответствующими интерфейсами.

Полный список характеристик Салюта-ЭЛ24Д1

Обработка видео на процессоре

Основная область, в которой мы экспериментировали с процессором 1892ВМ14Я -- обработка видеосигналов -- одна из его главных возможностей.

Для начала провели пробные тесты программного кодирования в H264 с помощью GStreamer. С разрешением видео 1280x720px программное кодирование в H264 с плагином libx264 в GStreamer выдает всего 2--3 fps. Декодирование работает немного быстрее -- около 8 fps. Скорость довольно низкая, что не удивительно, т.к. процессор не предназначен для выполнения сложных вычислительных задач.

Целевая область применения 1892ВМ14Я -- обработка видео/аудио, IP-камеры и др. Поэтому больше всего нас интересовал блок видеообработки VELcore-01 с возможностью аппаратного кодирования/декодирования H264.

Аппаратный кодек H264

Основные характеристики ядра видеообработки VELcore-01:

Максимальный размер обрабатываемых изображений - 4096 х 4096 пикселей.
Минимальный размер обрабатываемых изображений - 16 х 16 пикселей.
Формат изображений - YCbCr (4:2:0).
Точность представления - 8 бит на пиксель.
Количество одновременно обрабатываемых потоков видеоданных - до двух потоков компрессии и до двух потоков декомпрессии.
Максимальная производительность - до двух потоков компрессии и до двух потоков декомпрессии видео в формате Full HD (1920 х 1080 пикселей) с частотой 60 кадров в секунду по любому из указанных стандартов.

Одной из особенностей аппаратного блока кодирования H264 является то, что он использует нестандартный формат пикселей M420 для входного видео. M420 -- это формат YUV (4:2:0) с плотностью записи 12 бит на пиксель. Y-компонента записывается для каждого пикселя (1 байт на пиксель), а CbCr-компоненты -- по одной паре значений на блок из 4-х пикселей (2 байта на 4 пикселя). Этот формат похож на NV12, с тем отличием, что блок данных CbCr идет не в конце, а <<смешан>> построчно с блоком Y: 2 строки Y -- одна строка CbCr и т.д.

Структура формата M420 выглядит так, судя по описанию на linuxtv.org :

start + 0: Y'00 Y'01 Y'02 Y'03
start + 4: Y'10 Y'11 Y'12 Y'13
start + 8: Cb00 Cr00 Cb01 Cr01
start + 16: Y'20 Y'21 Y'22 Y'23
start + 20: Y'30 Y'31 Y'32 Y'33
start + 24: Cb10 Cr10 Cb11 Cr11

Видеопоток с комплектной камеры

Драйвер CSI-видеокамеры также выдает видео в формате M420, поэтому можно использовать его с драйвером аппаратного кодека H264 напрямую.

Запускаем команду...

cap-enc -s 1920x1072 -r30 -f1 /dev/v4l/by-name/vinc0 /dev/v4l/by-name/avico0 | gst-rtsp-launch 'fdsrc ! h264parse ! rtph264pay name=pay0'

... и получаем работающий RTSP-стрим <<из коробки>> со сжатием видео в H264 с подключенной камеры.

Видеопоток из файла

Со сжатием видео из файла не все оказалось так просто. В утилите, предназначенной для этих целей, есть возможность преобразовывать видео в формат M420 <<на лету>>. Но эта операция сильно грузит процессор, в результате программная часть не успевает вовремя выдавать драйверу кадры для сжатия, что приводит к заметному снижению fps. Для решения этой проблемы пришлось написать скрипт, который заранее преобразовывает видеофайл в формат M420.

Вторая проблема состоит в том, что ядро видеообработки умеет сжимать только кадры, размер которых кратен 16 пикселям. С разрешением 1280 x 720 все сходится -- обе стороны кадра кратны 16, а вот у Full HD (1920 x 1080) высота на 16 не делится. Таким образом, для сжатия видео 1920 x 1080 нужно перед передачей кадра драйверу дорисовывать полоску из 8 пикселей, чтобы получилась высота, кратная 16. Формат M420 в этом плане оказался весьма удобен из-за того, что каналы Y и Cb/Cr в нем идут совместно, а не один за другим -- достаточно вставить в конец буфера 1920 * 8 * 1.5 пустых байт.

В итоге удалось достичь кодирования H264 с разрешением 1280 x 720 и с разрешением 1920 x 1080, но с <<костылем>> в виде полоски дополнительных пикселей. Оба разрешения стабильно выдают частоту кадров в 30 fps.

Ядро видеообработки VELcore-01 на аппаратном уровне также поддерживает декодирование H264, но на уровне драйверов поддержка этой функции пока не реализована, поэтому в данном направлении эксперимент провести не удалось.

В целом знакомство получилось позитивным: 1892ВМ14Я показал себя как отличный процессор для промышленности и спец. применений, где требуется HDMI, графика и мультимедиа. Понравилась отзывчивая техподдержка.