MIPI接口介紹-手機與無人機等移動產品都離不開的一種總線

2017-08-09 by:CAE仿真在線來源:互聯網

對于現代的智能手機來說,其內部要塞入太多各種不同接口的設備,給手機的設計和元器件選擇帶來很大的難度。下圖是一個智能手機的例子,我們可以看到其內部存儲、顯示、攝像、聲音等內部接口都是各不相同的。即使以攝像頭接口來說,不同的攝像頭模組廠商也可能會使用不同的接口形式,這給手機廠商設計手機和選擇器件帶來了很大的難度。

MIPI聯盟,即移動產業處理器接口(Mobile Industry Processor Interface 簡稱MIPI)聯盟。MIPI(移動產業處理器接口)是MIPI聯盟發起的為移動應用處理器制定的開放標準。

由移動行業處理器接口(MIPI)聯盟基于MIPI D-PHY制定的攝像頭串行接口(CSI-2)和顯示屏串行接口(DSI)協議被廣泛應用于移動設備中,該協議為低成本智能手機細分市場提供了一套靈活的、高性價比的解決方案;而D-PHY是在MIPI CSI-2和DSI應用中把圖像傳感器和顯示屏與移動手機和嵌入式應用中的SoC連接在一起的物理層。它們是應用處理器和顯示屏(使用DSI協議)或攝像頭和圖像傳感器(使用CSI-2協議)之間的事實標準接口。MIPI協議專為滿足圖像傳感器和顯示應用的功能需求而設計和優化,同時使成本和功耗降到最低。D-PHY經濟地實現了高速和低速數據流,它通過物理層-協議接口(PPI)連接實現了協議層的連接。

MIPI攝像頭串行接口

如圖所示,CSI-2是一條用于移動應用的高性能串行互連總線,它把攝像頭傳感器連接到數字圖像模塊,如主處理器或圖像處理器。CSI-2使用MIPID-PHY來作為物理層和高速差分接口,通常帶有好幾條數據通道(典型的是1、2、4或甚至是8條)和一條普通差分時鐘通道。出于配置的目的,一個基于I2C的邊帶攝像頭控制接口(CCI)被用來連接控制主機和攝像頭之間的信號。CSI-2協議支持應用處理器、攝像頭傳感器和橋接應用中所需的主機和設備接口。

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MIPI顯示屏串行接口

如圖所示, DSI是一條高速、高分辨率的串行互聯總線, 它為顯示設備提供連接。DSI使用MIPI標準D- PHY 來作為物理層高速差分接口,帶有多達4條數據通道和一條普通差分時鐘通道。像素數據和指令被串行化送到一個單獨的物理流中,而狀態能夠從顯示中讀回。該協議支持應用處理器、顯示面板和橋接應用中所需的主機和設備接口。它也支持運行在視頻模式和指令模式中的顯示設備, 因為在更復雜和更低功耗實現中的需求依賴于系統實現和應用。當顯示面板上集成了顯示控制器和幀緩沖器時, 就需要指令模式。轉換通常是以一條指令接著數據像素/參數的形式發生。在指令模式中, 主機可寫入和讀出面板寄存器和幀緩沖器, 而在視頻模式中轉換時,像素數據就被實時地從主機轉到面板。

MIPI (Mobile Industry Processor Interface) 是2003年由ARM, Nokia, ST ,TI等公司成立的一個聯盟,目的是把手機內部的接口如攝像頭、顯示屏接口、射頻/基帶接口等標準化,從而減少手機設計的復雜程度和增加設計靈活性。 MIPI聯盟下面有不同的WorkGroup,分別定義了一系列的手機內部接口標準,比如攝像頭接口CSI、顯示接口DSI、射頻接口DigRF、麥克風 /喇叭接口SLIMbus等。統一接口標準的好處是手機廠商根據需要可以從市面上靈活選擇不同的芯片和模組,更改設計和功能時更加快捷方便。下圖是按照 MIPI的規劃下一代智能手機的內部架構。

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MIPI是一個比較新的標準,其規范也在不斷修改和改進,目前比較成熟的接口應用有DSI(顯示接口)和CSI(攝像頭接口)。CSI/DSI分別是指其承載的是針對Camera或Display應用,都有復雜的協議結構。以DSI為例,其協議層結構如下:

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CSI/DSI的物理層(Phy Layer)由專門的WorkGroup負責制定,其目前的標準是D-PHY。D-PHY采用1對源同步的差分時鐘和1~4對差分數據線來進行數據傳輸。數據傳輸采用DDR方式,即在時鐘的上下邊沿都有數據傳輸。

D- PHY的物理層支持HS(High Speed)和LP(Low Power)兩種工作模式。HS模式下采用低壓差分信號,功耗較大,但是可以傳輸很高的數據速率(數據速率為80M~1Gbps); LP模式下采用單端信號,數據速率很低(<10Mbps),但是相應的功耗也很低。兩種模式的結合保證了MIPI總線在需要傳輸大量數據(如圖像) 時可以高速傳輸,而在不需要大數據量傳輸時又能夠減少功耗。下圖是用示波器捕獲的MIPI信號,可以清楚地看到HS和LP信號。