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MIPI联盟中的CSI和DSI

叶晓劼
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很多人看到今天的题目中的CSI,大感惊讶,难道我们DesignSpark的极客宅男Frank要讲美剧CSI,当然Frank也看CSI,但是这CSI并不是电视剧中的CSI而是我们Raspberry PI板子上的来自MIPI联盟的CSI和DPI接口,接下来,Frank就从MIPI联盟讲起,为大家一同介绍CSI和DSI接口的作用和定义。

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。

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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。

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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。

MIPI联盟

MIPI联盟(移动行业处理器接口)是Mobile Industry Processor Interface的缩写。MIPI联盟是一个开放的会员制组织。2003年7月,由美国德州仪器(TI)、意法半导体(ST)、英国ARM和芬兰诺基亚(Nokia)4家公司共同成立。MIPI联盟旨在推进手机应用处理器接口的标准化 。

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CSI接口

CSI-2是一个单或双向差分串行界面,包含时钟和数据信号。CSI-2的层次结构:CSI-2由应用层、协议层、物理层组成。

协议层包含三层:

.象素/字节打包/解包层,

.LLP(Low Level Protocol) 层,

.LANE管理层;

物理层规范了传输介质、电气特性、IO电路、和同步机制,物理层遵守MIPI Alliance Standard for D-PHY,D-PHY为MIPI各个工作组共用标准;所有的CSI-2接收器和发射器必须支持连续的时钟,可以选择支持不连续时钟;连续时钟模式时,数据包之间时钟线保持HS模式,非连续时钟模式时,数据包之间时钟线保持LP11状态。

该组织结集了业界老牌的软硬件厂商包括最大的手机芯片厂商TI、影音多媒体芯片领导厂商意法、全球手机巨头诺基亚以及处理器内核领导厂商ARM、还有手机操作系统鼻祖Symbian。随着飞思卡尔、英特尔、三星和爱立信等重量级厂商的加入,MIPI也逐渐被国际标准化组织所认可 。

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DSI接口

国际移动行业处理器(MIPI)联盟日前正式发布了针对移动电话的显示器串行接口规范(Display Serial Interface Specification,DSI)。DSI基于MIPI的高速、低功率可扩展串行互联的D-PHY物理层规范。基于SLVS的物理层支持高达1Gbps的数据速率,同时产生极小的噪声。

基于核心D-PHY技术,DSI增加了功能以满足移动设备显示子系统的需要,包括低功率模式、双向通信、16、18和24位像素的本国语言支持,并具备单一接口驱动4块显示屏的能力,以及对缓冲和非缓冲面板的支持。

MIPI显示器工作组主席Dick Lawrence在一份声明中称,“这一标准给从简单的低端设备、到高复杂性的智能电话、再到更大型手持平台的广泛移动系统带给重大好处。移动产业一直期待着统一到一种开放标准上,而SDI提供了驱动这一转变的强制性技术。

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总结

串行接口一般采用差分结构,利用几百mV的差分信号,在收发端之间传送数据。串行比并行相比:更节省PCB板的布线面积,增强空间利用率;差分信号增强了自身的EMI抗干扰能力,同时减少了对其他信号的干扰;低的电压摆幅可以做到更高的速度,更小的功耗;

但是我们也要同时看到,MIPI 还是一个正在发展的规范,其未来的改进方向包括采用更高速的嵌入式时钟的M-PHY作为物理层、CSI/DSI向更高版本发展、完善基带和射频芯片间的 DigRF V4接口、定义高速存储接口UFS等。当然,MIPI能否最终成功,还取决于市场的选择。

叶晓劼 还没写个人简介...

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