MIPI-DSI协议

 

MIPI联盟，即移动产业处理器接口（Mobile Industry Processor Interface 简称MIPI）联盟。MIPI（移动产业处理器接口）是MIPI联盟发起的为移动应用处理器制定的开放标准和一个规范。是2003年由ARM，TI，ST，Nokia等公司成立的联盟。MIPI协议被广泛应用于各种嵌入式图像设备中，如智能手机，VR，智能可穿戴设备等……

MIPI包括两类协议规范：

　　1、DSI：Display Serial Interface，主机处理器与显示模块之间的高速串行接口（显示串行接口）。
　　2、CSI：Camera Serial Interface，主机处理器与摄像头模块之间的高速串行接口（摄像头串行接口）。

　　DSI和CSI共用一种物理层协议D-PHY。DSI协议中有涉及一些其他的顶层协议，如DCS（显示命令接口）、DBI（显示总线接口）、DPI（显示像素接口）。

　　

 

MIPI的物理层主要有以下几种：

　　1、D-PHY；D-PHY接口一般是1/2/4 Lane，每个Lane走差分线对，是电流驱动型，单信号幅度一般是200mv，线对差分的幅度在400mv左右，布线要求是等长且成双成对；

　　

　　2、C-PHY；C-PHY接口是1/2/3 Trio，每个Trio走3根线，最高是9根线，比D-PHY要少一根，且要传输的数据量大一些，在同样是2.5G的速率下，C-PHY可以达到17.1G，而D-PHY只有10G；C-PHY是电压驱动型，由于是两两相差，信号幅度绝对值分别是0,100,200mv，信号较弱，不利于传输。没有单独的同步信号线（时钟嵌入在数据信号中，这样做的目的是为了增加传输带宽，但是也引入了编码技术等），必须要求传输距离短，不能走差分线对。

　　

 

　　本篇主要介绍以下DPH-Y相关信息。

物理层D-PHY：

　　MIPI电平标准分低速或者叫低功率模式（LP）和高速（HS）两种工作模式；低速模式电平摆幅常见为1.2V；高速模式电平摆幅为200mV，中间电平为200mV。

　　

　　Lane（通道）: 1个clock通道，1-4个data通道，每个通道都为一对差分信号对，对每个数据通道称之为1 Lane。

　　传输模式： LP 用于控制模式、低功耗数据传输模式LPDT和极低功耗模式ULPS（单端信号），HS 用于高速传输（差分信号）。

　　数据格式： MSB　last，LSB first；低位在前高位在后。

　　传输放向：Lane0可反向，其余均为单向；LP模式下传输仅采用Lane0。

通用Lane组成（Datan）：

　　

   　一个通用的Lane中包含LP-TX、LP-RX、HS-TX、HS-RX和LP-CD模块，所有收发模块均共用同一个差分线Dp，Dn（在LP模式下，为两根单独的信号线）。整个Lane通过PPI接口（PHY Protocol Interface）与系统的其他部分连接。

　　其中，LP-CD模块仅在存在于需要双向通信（Bidirectional）的系统中，对于不需要双向通信（Unidirectional）的系统，如CSI协议，则不需要LP-CD模块。

　　Unidirectiona系统，主机（一般固定为Transmitter）则不需要RX模块，从机（一般固定为Receiver）则不需要TX模块。当从机向主机发送数据时（反向传输），此时的DDR时钟仍然是由主机提供（HS模式下，LP模式下则不需要时钟）。

　　Bidirectional系统，如DSI（当然，在特定的系统中，DSI也可以是Unidirectional的），一般只需要一个Data Lane具有双向收发的能力，其他的Data Lane和Clock Lane则可以根据实际需求，去除RX或者TX模块。

　　下图为Lane状态编码方式及电平状态

　　

 

　　下图为HS模式传递数据的状态图

　　

   　　

   　　下图为双向数据Lane（data0）状态图：

　　

 　　

 　　

 　　LP模式数据传输状态过程：

　　

　　在LP模式下（包括Control Mode和Escape Mode），采用的是Spaced-One-Hot Coding机制。在该机制下，时钟可以从传输的数据中得以体现，因此不需要传输时钟。此时，用户可以根据实际需求，设置Clock Lane继续运行或者关闭以降低功耗。

　　从上图可以看出LP模式下还原出CLK（LP CLK=EXOR(Dp,Dn)），一个CLK周期内，DP DN状态为LP10则数字逻辑为1，DP DN状态为LP01则数字逻辑为0，DP DN状态为LP00为暂停状态不传输数据，看下图实列：

　　　　

　　ESC MODE：Escape Mode Entry，状态过程：LP11->LP10->LP00->LP01->LP00，后面跟随的为Entry code；

　　LPDT：Low-Power Data Transmission，表示LP模式数据传输开始，后面跟随数据类型；

　　DI：数据标识，1 byte；

　　Data：n bytes data；

　　ECC：错误检测；

　　Exit ESC：退出Escape模式，状态过程：LP10->LP11。

　　MIPI数据类型及编码如常见如下表：

　　

 　　

 

数据Lane的三种操作模式 ：

　　三种操作模式分别为Escape mode, High-Speed(Burst) mode, Control mode ；

　　从控制模式的停止状态开始的可能事件有： 

　　• Escape mode request (LP-11→LP-10→LP-00→LP-01→LP-00) 
　　• High-Speed mode request (LP-11→LP-01→LP-00) 
　　• Turn around 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Escape mode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 使用Spaced-One-Hot Encoding 
　　•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 
　　• 高速数据传输 
　　•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 
　　• 各模操作式下的传输过程 
　　•进入Escape模式的过程 ：LP-11→LP-10→LP-00→LP-01→LP-00→Entry Code → LPD (10MHz) 
　　•退出Escape模式的过程：LP-10→LP-11 
　　•进入高速模式的过程：LP-11→LP-01→LP-00→SoT(00011101) → HSD (80Mbps ~ 1Gbps) 
　　•退出高速模式的过程：EoT→LP-11 
　　•控制模式 - BTA 传输过程：LP-11→LP-10→LP-00→LP-10→LP-00 
　　•控制模式 - BTA 接收过程：LP-00→LP-10→LP-11 

HS burst传输数据过程：

　　

高速低速模式切换时CLK状态变化过程：

　　

 

数据分发机制：

　　发送和收集数据流到每条lane。DSI通道是可扩展的，以提高性能。根据应用对带宽的要求，数据信号的数量可以是1、2、3或4。接口的发送端将传出的数据流分发到一个或多个lane(“分发器”功能)。

　　

　　

　　SoT：start of transmition，开始传输；

　　EoT：end of transmition，结束传输；

 

HS模式下视频数据封包格式：

　　（1）Non-Burst Mode with Sync Pulses（同步脉冲模式(同步脉冲的起始位置和宽度）

　　在这种模式下，DSI 基于各种不同的同步数据包来做数据同步。这种数据包括：重构，时序校准等。Non-Busrt Mode with Sync Pluses模式主要是用于发送DPI（Display Pixel Interface）类型的数据，可以精确地匹配DPI的像素传输速率，以及时序事件的宽度（Widths of timing events），如同步脉冲。因此，Non-Busrt Mode with Sync Pluses模式的每一个Sync Start都必须都要有一个唯一的Sync End与之对应。

　　

 　　（2）Non-Burst Mode with Sync Events 同步事件模式（同步脉冲的起始位置）：

　　这种模式和第一种模式很像，但是这种模式不会发重构和时间校准的数据包，它们只发送一种叫做”Sync event”的包。Non-Busrt Mode with Sync Events模式与Non-Busrt Mode with Sync Pluses模式类似，可以认为前者是后者的简化版本。因为Non-Busrt Mode with Sync Events模式不需要精确控制时序事件的宽度，所以Non-Busrt Mode with Sync Events只有Sync Start，而没有Sync End。

　　

 　　（3）Burst Mode 突发模式：

　　Burst mode 在传输过程中没有vsync_end 包等信息，在 horizontal 的时序是一样的情况下 DSI 会把连接的速度提升到 Panel 支持的最大速度。在这种模式下发送 RGB 数据包的时间被压缩，以留出更多的时间用来传送其他的数据。通常来说，burst mode是video模式下的首选，因为在该种模式下，Host可以以很短的时间发送完数据包，以使得链路可以有更多的时间处于LP模式，达到了降低系统功耗的目的。在这种模式下，整个过程像素线被缓冲到一个FIFO中，并在单个数据包中传输，没有中断。这种传输模式要求DPI像素FIFO有在其中存储全线有效像素数据的能力。如果像素所需带宽和DSI链路带宽之间的差异非常不同，则最佳使用该模式。这使mipi_dsi_host能够在一次数据突发中快速调度整个有效视频数据，然后返回到低功耗模式。

　　

 

 摘自网路：https://zhuanlan.zhihu.com/p/556194711  

　　　　　 http://www.jmrcubed.com/vr/ref_tech/mipi_d_phy_specification_v01-00-00.pdf