MIPI接口介绍-手机与无人机等移动产品都离不开的一种总线

2017-08-09 by:CAE仿真在线来源:互联网

对于现代的智能手机来说,其内部要塞入太多各种不同接口的设备,给手机的设计和元器件选择带来很大的难度。下图是一个智能手机的例子,我们可以看到其内部存储、显示、摄像、声音等内部接口都是各不相同的。即使以摄像头接口来说,不同的摄像头模组厂商也可能会使用不同的接口形式,这给手机厂商设计手机和选择器件带来了很大的难度。

MIPI联盟,即移动产业处理器接口(Mobile Industry Processor Interface 简称MIPI)联盟。MIPI(移动产业处理器接口)是MIPI联盟发起的为移动应用处理器制定的开放标准。

由移动行业处理器接口(MIPI)联盟基于MIPI D-PHY制定的摄像头串行接口(CSI-2)和显示屏串行接口(DSI)协议被广泛应用于移动设备中,该协议为低成本智能手机细分市场提供了一套灵活的、高性价比的解决方案;而D-PHY是在MIPI CSI-2和DSI应用中把图像传感器和显示屏与移动手机和嵌入式应用中的SoC连接在一起的物理层。它们是应用处理器和显示屏(使用DSI协议)或摄像头和图像传感器(使用CSI-2协议)之间的事实标准接口。MIPI协议专为满足图像传感器和显示应用的功能需求而设计和优化,同时使成本和功耗降到最低。D-PHY经济地实现了高速和低速数据流,它通过物理层-协议接口(PPI)连接实现了协议层的连接。

MIPI摄像头串行接口

如图所示,CSI-2是一条用于移动应用的高性能串行互连总线,它把摄像头传感器连接到数字图像模块,如主处理器或图像处理器。CSI-2使用MIPID-PHY来作为物理层和高速差分接口,通常带有好几条数据通道(典型的是1、2、4或甚至是8条)和一条普通差分时钟通道。出于配置的目的,一个基于I2C的边带摄像头控制接口(CCI)被用来连接控制主机和摄像头之间的信号。CSI-2协议支持应用处理器、摄像头传感器和桥接应用中所需的主机和设备接口。

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MIPI显示屏串行接口

如图所示, DSI是一条高速、高分辨率的串行互联总线, 它为显示设备提供连接。DSI使用MIPI标准D- PHY 来作为物理层高速差分接口,带有多达4条数据通道和一条普通差分时钟通道。像素数据和指令被串行化送到一个单独的物理流中,而状态能够从显示中读回。该协议支持应用处理器、显示面板和桥接应用中所需的主机和设备接口。它也支持运行在视频模式和指令模式中的显示设备, 因为在更复杂和更低功耗实现中的需求依赖于系统实现和应用。当显示面板上集成了显示控制器和帧缓冲器时, 就需要指令模式。转换通常是以一条指令接着数据像素/参数的形式发生。在指令模式中, 主机可写入和读出面板寄存器和帧缓冲器, 而在视频模式中转换时,像素数据就被实时地从主机转到面板。

MIPI (Mobile Industry Processor Interface) 是2003年由ARM, Nokia, ST ,TI等公司成立的一个联盟,目的是把手机内部的接口如摄像头、显示屏接口、射频/基带接口等标准化,从而减少手机设计的复杂程度和增加设计灵活性。 MIPI联盟下面有不同的WorkGroup,分别定义了一系列的手机内部接口标准,比如摄像头接口CSI、显示接口DSI、射频接口DigRF、麦克风 /喇叭接口SLIMbus等。统一接口标准的好处是手机厂商根据需要可以从市面上灵活选择不同的芯片和模组,更改设计和功能时更加快捷方便。下图是按照 MIPI的规划下一代智能手机的内部架构。

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MIPI是一个比较新的标准,其规范也在不断修改和改进,目前比较成熟的接口应用有DSI(显示接口)和CSI(摄像头接口)。CSI/DSI分别是指其承载的是针对Camera或Display应用,都有复杂的协议结构。以DSI为例,其协议层结构如下:

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CSI/DSI的物理层(Phy Layer)由专门的WorkGroup负责制定,其目前的标准是D-PHY。D-PHY采用1对源同步的差分时钟和1~4对差分数据线来进行数据传输。数据传输采用DDR方式,即在时钟的上下边沿都有数据传输。

D- PHY的物理层支持HS(High Speed)和LP(Low Power)两种工作模式。HS模式下采用低压差分信号,功耗较大,但是可以传输很高的数据速率(数据速率为80M~1Gbps); LP模式下采用单端信号,数据速率很低(<10Mbps),但是相应的功耗也很低。两种模式的结合保证了MIPI总线在需要传输大量数据(如图像) 时可以高速传输,而在不需要大数据量传输时又能够减少功耗。下图是用示波器捕获的MIPI信号,可以清楚地看到HS和LP信号。