SC235HAI/SC231AI Camera Driver for Raspberry Pi Zero 2W

概述

这是一个用于树莓派 Zero 2W 的 SC235HAI/SC231AI MIPI CSI-2 摄像头传感器的 V4L2 内核驱动。

硬件规格

• 传感器: SmartSens SC231AI (兼容 SC235HAI)
• 芯片 ID: 0xCB6A
• 分辨率: 1920x1080
• 帧率: 30 fps
• 接口: MIPI CSI-2, 2-lane
• 数据速率: 371.25 Mbps
• 输出格式: RAW10 Bayer BGGR
• I2C 地址: 0x30 (7-bit)
• MCLK: 27MHz

硬件连接

电源

• AVDD: 2.8V (模拟电源)
• DOVDD: 1.8V (I/O 电源)
• DVDD: 1.2V (数字核心电源)

控制信号

• GPIO 4: LDO_EN (摄像头主电源使能，必须设置为高电平)
• GPIO 40: cam1_regulator (2.8V 稳压器使能)

MIPI CSI-2

• 连接到树莓派 Zero 2W 的 CSI 摄像头接口 (22-pin FPC)
• 使用 csi1 控制器

文件说明

• sc235hai.c - V4L2 传感器驱动源码
• sc235hai.dts - 设备树 overlay 源码
• Makefile - 内核模块编译配置

编译安装

在树莓派上编译

# 安装内核头文件
sudo apt-get install raspberrypi-kernel-headers

# 编译驱动
cd sc235hai_driver
make

# 编译设备树 overlay
dtc -@ -I dts -O dtb -o sc235hai.dtbo sc235hai.dts

# 安装
sudo cp sc235hai.ko /lib/modules/$(uname -r)/extra/
sudo cp sc235hai.dtbo /boot/firmware/overlays/
sudo depmod -a

配置

编辑 /boot/firmware/config.txt 添加：

# 禁用相机自动检测
camera_auto_detect=0

# 使能 I2C VC
dtparam=i2c_vc=on

# 配置电源控制 GPIO
gpio=4=op,dh
gpio=40=op,dh

# 加载驱动 overlay
dtoverlay=sc235hai

使用方法

检查设备

# 查看视频设备
ls /dev/video*

# 查看媒体拓扑
media-ctl -d /dev/media3 -p

# 查看驱动加载状态
dmesg | grep sc235

拍照

# 捕获单帧 RAW10 图像
v4l2-ctl -d /dev/video0 \
  --set-fmt-video=width=1920,height=1080,pixelformat=BG10 \
  --stream-mmap --stream-count=1 \
  --stream-to=photo.raw

录像

# 捕获 60 帧 (2秒@30fps)
v4l2-ctl -d /dev/video0 \
  --set-fmt-video=width=1920,height=1080,pixelformat=BG10 \
  --stream-mmap --stream-count=60 \
  --stream-to=video.raw

转换为 JPG/MP4

# RAW10 转 JPG
ffmpeg -f rawvideo -pix_fmt bayer_bggr16le -s 1920x1080 \
  -i photo.raw -q:v 2 photo.jpg

# RAW10 转 MP4
ffmpeg -f rawvideo -pix_fmt bayer_bggr16le -s 1920x1080 -r 30 \
  -i video.raw -c:v libx264 -preset ultrafast -crf 23 video.mp4

已知问题

1. 图像偏暗: 当前驱动使用传感器默认曝光/增益设置，图像较暗。需要调整曝光参数或添加 V4L2 控制接口。
2. 仅支持 RAW 格式: 传感器直接输出 Bayer RAW10 数据，需要通过 ffmpeg 或 ISP 转换为 RGB/YUV。
3. 缓冲区警告: v4l2-ctl 可能显示 "4096 != 4147200" 警告，不影响功能。

技术细节

寄存器初始化

驱动包含 144 个寄存器的完整初始化序列，来自厂商提供的配置文件：

• 30fps 配置
• 2-lane MIPI
• 371.25 Mbps 数据速率

V4L2 子系统集成

• 使用 v4l2_async 框架异步注册
• 实现 v4l2_subdev_pad_ops 进行格式协商
• 支持 pm_runtime 电源管理

作者

硬件团队

许可

GPL v2

RTSP 网络流服务器

本驱动集成 libcamera 支持，可通过 MediaMTX 实现 RTSP 网络直播。

快速启动

# SSH 连接到 Zero 2W
ssh root@<board-ip>

# 下载并启动 RTSP 服务器
cd /root
./deploy-rtsp.sh start

# 查看日志
cat /var/log/mediamtx.log

# 停止服务
./deploy-rtsp.sh stop

在 Windows/macOS/Linux 上播放

VLC 方式

vlc "rtsp://<board-ip>:8554/cam"

ffplay 方式

ffplay "rtsp://<board-ip>:8554/cam"

Python + OpenCV 方式

import cv2
cap = cv2.VideoCapture("rtsp://<board-ip>:8554/cam")
while True:
    ret, frame = cap.read()
    if ret:
        cv2.imshow("SC235HAI", frame)
        if cv2.waitKey(1) & 0xFF == ord('q'):
            break
cap.release()
cv2.destroyAllWindows()

配置说明

编辑 mediamtx.yml 调整以下参数：

参数	默认值	说明
rpiCameraWidth	1920	分辨率宽
rpiCameraHeight	1080	分辨率高
rpiCameraFPS	30	帧率
rpiCameraCodec	hardwareH264	编码器（硬件H264）
rpiCameraIDRPeriod	60	I 帧间隔
rtspAddress	:8554	RTSP 监听端口

架构

SC235HAI 传感器
       ↓ MIPI CSI-2 (2-lane)
Unicam (CSI 接收器) → ISP (Raspberry Pi V3D ISP)
       ↓ YUV420
libcamera (0.6.0) → rpicam-apps
       ↓ H.264 编码（硬件）
MediaMTX → RTSP/HLS/WebRTC/SRT
       ↓
VLC / ffplay / 流媒体播放器

ISP 处理流程

驱动通过 libcamera 实现的 ISP 处理：

1. Raw Bayer (1920x1080-SBGGR10) 从传感器捕获
2. Demosaicing - Bayer to RGB 转换
3. Color Space - RGB to YUV420 转换
4. ISP Pipeline - 曝光、增益、白平衡、去噪等
5. H.264 编码 - 硬件编码器压缩
6. 网络传输 - RTSP 协议发送

性能指标

• 帧率: 30 fps
• 分辨率: 1920x1080
• 编码: H.264 (硬件加速)
• 码率: 自适应 (~2-4 Mbps)
• 延迟: ~500ms

更新日志

2026-04-19

• 添加 V4L2 完整 control 接口（EXPOSURE/GAIN/VBLANK/HBLANK/PIXEL_RATE/LINK_FREQ）
• 支持 libcamera v0.6.0 ISP 处理
• 集成 MediaMTX RTSP 服务器
• 实现网络视频直播

2026-04-14

• 初始版本发布
• 支持 1920x1080@30fps RAW10 输出
• 添加完整的传感器寄存器初始化
• 集成到 Raspberry Pi Zero 2W 平台