MIPI接口
- 视频基本原理 -视频接口之 - MIPI接口(五)
视频基本原理 -视频接口之 - MIPI接口(五)
前面已经简单介绍了MIPICSI和DSI的基本概念， 下面就介绍 CSI和DSI的物理层（Phy Layer）。
MIPI CSI/DSI的物理层（PhyLayer）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。
如上图所示，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MIPI D-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。
D-PHY 描述了一同步、高速、低功耗、低代价的PHY，包含一个时钟lane和一个或多个数据lanes。D-PHY低层协议规定最小数据单位是一个字节，发送数据时必须低位在前，高位在后。
D-PHY支持三张不同类型的数据通道:单向时钟通道，单向数据通道和双向数据通道。D-PHY的物理层支持HS(HighSpeed)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），支持100mV到300mV的电压范围；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，支持0V到1.2V信号电平。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HS和LP模式下的信号电平示意图。
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。
具体的发送端和接收端的信号直流（DC）指标可以查阅MIPI规范。
高速（HS）模式下的低压差分信号，支持100mV到300mV的电压范围，100欧姆的差分阻抗，基本的驱动和接收电路如下：
低功耗(LP)模式下，是单端信号，支持0V到1.2V信号电平，Dp和Dn可以形成两个独立的单端信号链接。
下图是一个两个数据通道的物理层D-PHY配置， 其中PPI是物理层接口协议，APPI是抽象物理层接口协议。
两个数据通道的数据传输例程如下：
标准的数据通道模块的组成如下
如上图所示，一般情况下D-PHY可能包含：低功耗发送器（LP-TX），低功耗接收器（LP-RX），高速发送器（HS-TX），高速接收器（HS-RX），低功耗竞争检测器（LP-CD）。三个主要lane类型分别对应的如下：
单向时钟Lane
• Master：HS-TX, LP-TX
• Slave：HS-RX, LP-RX
单向数据Lane
• Master：HS-TX, LP-TX
• Slave：HS-RX, LP-RX
双向数据Lane
• Master, Slave：HS-TX, LP-TX, HS-RX, LP-RX, LP-CD
下面简单分析一下数据线上面的流程，一般来说，数据线上有三种运行模式：Escape mode, High-Speed (Burst) mode and Controlmode。
下面简单介绍MIPI的通道模式和线上电平。在正常的操作模式下，数据通道处于高速模式或者控制模式。在高速模式下，通道状态是差分的0或者1，也就是线对内P比N高时，定义为1，P比N低时，定义为0，此时典型的线上电压为差分200MV，请注意图像信号仅在高速模式下传输；在控制模式下，高电平典型幅值为1.2V，此时P和N上的信号不是差分信号而是相互独立的，当P为1.2V，N也为1.2V时，MIPI协议定义状态为LP11，同理，当P为1.2V，N为0V时，定义状态为LP10，依此类推，控制模式下可以组成LP11，LP10，LP01，LP00四个不同的状态; MIPI协议规定控制模式4个不同状态组成的不同时序代表着将要进入或者退出高速模式等；比如LP11-LP01-LP00序列后，进入高速模式。下图为线上电平的图示。
根据上述定义，从控制模式的停止状态开始的可能事件有下面几种时序的时序：
· Escape mode request (LP-11→LP-10→LP-00→LP-01→LP-00)
· High-Speed mode request (LP-11→LP-01→LP-00)
· Turnaround request (LP-11→LP-10→LP-00→LP-10→LP-00)
Escape mode是数据Lane在LP状态下的一种特殊操作，在这种模式下，可以进入一些额外的功能：LPDT,ULPS, Trigger；数据Lane进入Escapemode模式通过LP-11→LP-10→LP-00→LP-01→LP-00。一旦进入Escape mode模式，发送端必须发送1个8-bit的命令来响应请求的动作。Escape mode的简单时序图：
发送高速串行数据的行为称为高速数据传输或触发（burst），全部Lanes门同步开始，结束的时间可能不同；时钟应该处于高速模式。
High-Speed (Burst) mode的时序图：LP to HS
Turnaround request的时序：
在MIPI的定义里，HS操作模式用在串行高速数据传输，LP操作模式用在低速(或低功率)数据传输。如果主控制端和从属控制端任何一方没有数据需要传送，D-PHY便进入最省电模式，称为ULPS，代表超低功耗状态。当双方恢复通信，则从ULPS过渡到LP操作模式，然后转移到HS操作模式以达到高速传输的要求。整个转换过程由主控制端来主导，从属控制端的D-PHY和控制器随之做相应的反应。这样的操作使得MIPI的D-PHY和控制器的省电能力远远地超出了以传统SerDes为基础的设计。超低功耗状态（Ultra-Low Power State），这个状态下，lines处于空状态 (LP-00)，时钟Lane的超低功耗状态，时钟Lane通过LP-11→LP-10→LP-00进入ULPS状态。通过LP-10 → TWAKEUP →LP-11退出这种状态，最小TWAKEUP时间为1ms。
总结一下，D-PHY物理层Deep操作模式如下图所示：
关于视频接口的基础知识，可以参考前文：
“视频基本原理 -视频接口综述”，
“视频基本原理 -视频接口之- CVBS接口”，
“视频基本原理 -视频接口之- S-Video 接口”，
“视频基本原理 -视频接口之- 模拟分量接口”，
“视频基本原理 -视频接口之- VGA接口”，
“视频基本原理 -视频接口之- SCART接口”，
“视频基本原理 -视频接口之- SDI接口（一）”，
“视频基本原理 -视频接口之- DVI接口（一）”，
“视频基本原理 -视频接口之- HDMI接口（一）”，
“视频基本原理 -视频接口之- DP接口（一）”，
“视频基本原理 -视频接口之- MHL接口”，
“视频基本原理 -视频接口之- FP-LINK接口”，
“视频基本原理 -视频接口之- LVDS接口”，
“视频基本原理 -视频接口之- MIPI接口(一）”，
“视频基本原理 -视频接口之- MIPI接口(二）”，
“视频基本原理 -视频接口之- MIPI接口(三）”，
“视频基本原理 -视频接口之- MIPI接口(四）”。
