CSI 摄像头接口基本介绍

一、CSI接口基本概念

    CSI-2接口规范是由MIPI(Mobile Industry Processor Interface)联盟组织于2005年发布的关于相机串行接口，它作为一种全新的相机设备和处理器之间的接口框架，给便携式、手机摄像头等相关产业提供了一种灵活且高速的设备接口^[28]。此前，传统摄像头接口一般都包括了数据总线、时钟总线、同步信号线控制线等，物理接口框图如下所示：

     这种摄像头物理接口所占用的数据线较多，逻辑设计上也比较复杂，需要严格同步包括水平同步信号，垂直同步信号以及时钟信号，这对摄像头这端以及接收器这端都提出了较高的要求，同时，在高速传输的过程中，直接使用数字信号作为数据容易被其他外部信号干扰，不如差分信号的稳定性，这样也大大限制了其传输的速率以及相机最大能够实时传输的图像质量。

      而基于CSI-2摄像头数据传输过程使用了数据差分信号对视频中像素值进行传输，同时CSI-2传输接口能够非常灵活的进行精简或者扩展，对于接口较少的应用场景，CSI-2接口可以只使用一组差分数据信号线以及一组差分时钟线就能够完成摄像头的数据串行传输过程，这样便减少了负载，同时也能够满足一定的传输速率，而对于大阵列的CCD相机，CSI-2接口也能够扩展其差分数据线，从而满足多组数据线并行传输的高速要求。

     同时CSI-2接口中也集成了控制接口CCI(Camera Control Interface)，CCI是一个能够支持400KHz传输速率的全双工主从设备通信控制接口，它能够兼容现有很多处理器的IIC标准接口，因此可以非常方便地实现Soc上CCI Master Module到 CSI-2 TX 端CCI Slave Module的控制，CSI-2物理接口框图如下图所示。

在MIPI D-PHY的文档中有提到过，D-PHY的最初版本的设计目标是500Mbits/s，而D是罗马数字（拉丁文数字）中500 。

同理C和M分别是罗马数字中的100和1000，也就是C-PHY和M-PHY中C和M的意思了。

MIPI信号（HS模式下）相对于传统的TMDS信号、LVDS信号等，具有低电压摆幅，低功耗的优势。

二、CSI物理协议层规定

MIPI 传输模式

MIPI D-PHY协议定义了两种传输模式：高速模式（High Speed，HS）和低功耗模式（Low Power，LP），两种模式使用不同的传输电平和传输机制。HS模式和LP模式的电平如下图所示：     

 

其中HS模式和LP模式区别如下：

• HS模式下，为差分信号传输，信号电平在100mV~300mV（200mV的压摆）；
• HS模式下，信号传输速度可达80Mbps~1Gbps（v1.0）或80Mbps~1.5Gbps（v1.1），采用源同步的传输方式，由主机（Master）设备向从机（Slave）设备提供DDR时钟。
• LP模式下，为单端信号传输，信号电平在0~1.2V（1.2V压摆）。
• LP模式下，信号传输速度为10Mbps，此时传输通道的差分线（HS模式下的）是两根独立的信号线。无论是HS模式还是LP模式，都采用LSB fisrt，MSB last的传输方式。

为什么要这样设计？我个人的理解是这样的：HS模式下，信号传输速度较快，较低的压摆有利于提升传输速度，同时降低功耗和EMI；那么为什么LP模式下不用HS的传输机制呢？是因为LP模式下，传输的信号速度较慢，较低的压摆不利于系统的稳定（此时可能会有比较严重的过冲，如果采用100mV~300mV的电平的话）。

MIPI联盟除了在摄像头的接口上进行全新的规定以外还对CSI-2接口的软件架构进行了进一步的制定，CSI-2软件框架主要分成三层，分别为应用层、协议层、物理层，而对于协议层又可以细分为像素字节打包层/解包层、LLP(Low LevelProtocol)层、通道管理层(Lane Management)，其主要系统软件框图如下所示：

CSI协议层设计：

• 应用层：主要设计了上层数据流的编码以及解码格式，规定了像素转换为字节的映射关系；
• 协议层：主要包括了像素/字节打包/字节解包层，LLP层提供了串行传输数据的同步机制，通道管理层提供了数据位宽可扩展功能，从而灵活的适应不同的应用场景；
• 物理层：定义了基本传输介质规范，确定了CSI-2协议物理层的输入输出特性参数，并确定其电气特性以及时钟时序。

 D-PHY协议最多支持5个Lane（通道）（一个时钟Lane，4个数据Lane），最少需要两个Lane（一个时钟Lane，一个数据Lane）。

Reference

MIPI 官网：https://www.mipi.org/

MIPI CSI-2 接口协议：https://blog.csdn.net/yanglei0385/article/details/85258122

CMOS Sensor Interface(CSI)：https://www.cnblogs.com/lifan3a/articles/5010633.html