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车机技术之MIPI接口标准

MIPI标准概述

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。比如一个智能手机需要的内部存储、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 (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。

联盟成员几乎遍及每一个移动领域，包括主要的移动电话贴牌生产厂商、外围设备制造商、应用处理器生产商、存储器供应商、软件开发商和知识产权持有者。新成员包括安捷伦科技、ATI科技、Atsana、奥地利微电子、Cambridge Silicon Radio、Dice、Emblaze Semiconductor、爱立信移动平台、FASL LLC、Icera Semiconductor、Imagination Technologies、IMEC、Infineon Technologies、Marvell International、明导、M-Systems、美国国家半导体、NeoMagic、Nvidia、Omnivision、飞利浦电子、Renesas Technologies、三星电子、精工爱普生、Sendo、西门子、索尼爱立信、Symbian、Synaptics、东芝、Transchip Israel Research、TTPCom和中星微电子等公司。

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。

MIPI联盟下设的工作组如下：

  • Camera工作组 ：CSI-2规范
  • Device Descriptor Block工作组
  • DigRF工作组：DigRF规范
  • Display工作组 ：DSI/DCS/DPI-2/DBI-2规范
  • 高速同步接口工作组：HSI规范
  • 接口管理框架工作组
  • 低速多点连接工作组 ：SLIMbus规范
  • NAND软件工作组
  • 物理层工作组 ：D-PHY/M-PHY规范
  • 软件工作组
  • 系统电源管理工作组 ：SPMI规范
  • 检测与调试工作组
  • 统一协议工作组：PIE/UniPro 1规范

比如下图是按照MIPI的规划下一代智能手机的内部架构。

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：

物理层

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。两个Lane的 PHY配置如下图：

        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。

LANE层

LANE层操作模式的状态转换：

DSI层

DSI层是一种Lane可扩展的接口，1个时钟Lane/1-4个数据Lane，DSI兼容的外设支持1个或2个基本的操作模式：

  • Command Mode（类似于MPU接口）
  • Video Mode（类似于RGB接口）- 必须用高速模式传输数据，支持3种格式的数据传输：
  • Non-Burst 同步脉冲模式
  • Non-Burst 同步事件模式
  • Burst模式

DSI传输模式：

  • 高速信号模式（High-Speed signaling mode）
  • 低功耗信号模式（Low-Power signaling mode） – 只使用数据lane 0（时钟是由DP，DN异或而来）。

DSI帧类型

  • 短帧：4 bytes (固定)
  • 长帧：6~65541 bytes (可变)

两个数据Lane高速传输示例：

 

帧数据类型：

 

传输模式和操作模式区别

MIPI的D-PHY和DSI的传输方式和操作模式：

D-PHY和DSI的传输模式：

  • 低功耗（Low-Power）信号模式（用于控制）：10MHz (max)
  • 高速（High-Speed）信号模式（用于高速数据传输）：80Mbps ~ 1Gbps/Lane

D-PHY的操作模式

  • Escape mode
  • High-Speed(Burst) mode
  • Control mode

DSI的操作模式

  • Command Mode（类似于MPU接口）
  • Video Mode（类似于RGB接口）- 必须用高速模式传输数据

移动设备各显示接口规范

各规范的支持特性如下：

 

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