Mobile Industry Processor Interface MIPI

MIPI

Mobile Industry Processor Interface 簡稱MIPI；MIPI（移動產(chǎn)業(yè)處理器接口）是MIPI聯(lián)盟發(fā)起的為移動應(yīng)用處理器制定的開放標(biāo)準(zhǔn)和一個(gè)規(guī)范。

The MIPI? Alliance

MIPI聯(lián)盟成立于2003年，是移動行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)刻。當(dāng)時(shí)供應(yīng)商預(yù)見了智能多媒體手機(jī)令人激動人心的市場，但基本接口技術(shù)的分散化阻礙了產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開發(fā)。由ARM，諾基亞，ST和德州儀器（TI）組成的四家公司成立了該組織，以整合界面，鼓勵(lì)其使用并在業(yè)界推動移動設(shè)備創(chuàng)新。

目前董事會成員：

MIPI聯(lián)盟是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)組織，旨在促進(jìn)移動設(shè)計(jì)中的硬件和軟件標(biāo)準(zhǔn)化，以簡化眾多不同且快速變化的技術(shù)的集成。該聯(lián)盟的使命是通過建立移動設(shè)備內(nèi)的硬件和軟件接口標(biāo)準(zhǔn)來使整個(gè)移動行業(yè)受益。聯(lián)盟認(rèn)為，開放性和標(biāo)準(zhǔn)化推動了移動設(shè)備的市場增長，并解決了設(shè)計(jì)人員，開發(fā)人員和制造商當(dāng)前面臨的眾多障礙。

目前，有250多家成員公司積極參與聯(lián)盟，制定規(guī)范以提高處理器和外圍設(shè)備接口的一致性，促進(jìn)移動設(shè)備的重用性和兼容性。

MIPI的特點(diǎn)

MIPI它產(chǎn)生的規(guī)格可最大程度地重復(fù)利用設(shè)計(jì)，推動創(chuàng)新并縮短所有參與者的產(chǎn)品上市時(shí)間。與其他數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)（例如USB或PCIe）相反，是整體的即包含協(xié)議層和物理（PHY）層，大多數(shù)高速M(fèi)IPI標(biāo)準(zhǔn)都沒有，即不同的協(xié)議駐留在同一公共PHY層上。

MIPI的應(yīng)用

移動行業(yè)處理器接口（MIPI?）標(biāo)準(zhǔn)定義了設(shè)計(jì)移動設(shè)備的行業(yè)規(guī)范，比如智能手機(jī)、平板電腦、便攜式電腦和混合設(shè)備。MIPI 接口在 5G 移動設(shè)備、互聯(lián)汽車和物聯(lián)網(wǎng)（IoT）解決方案中，具有極其重要的戰(zhàn)略作用。

MIPI物理層規(guī)范

MIPI 標(biāo)準(zhǔn)定義了三種獨(dú)特的物理層（PHY）規(guī)范，分別如下：
1、MIPI D-PHY
2、MIPI M-PHY
3、MIPI C-PHY。

MIPI D-PHY 和 C-PHY 物理層支持?jǐn)z像和顯示應(yīng)用；
M-PHY則是更高性能的攝像、存儲和 “芯片到芯片（chip-to-chip）” 的應(yīng)用；

MIPI聯(lián)盟規(guī)范

CSI-3和UFS使用UniPro協(xié)議棧層，以黃色表示為M-PHY與相機(jī)、顯示器；M-PHY與UFS；M-PHY與Inter Processor更高層協(xié)議層（如M-PCIe）之間的中間接口。

MIPI的多媒體協(xié)議，如下圖包含相機(jī)、顯示器、觸摸屏、UFS存儲、音視頻的應(yīng)用。
注：UFS是新一代存儲，旨在替換eMMC的應(yīng)用。關(guān)于USB想要了解的可以查看我之前的博文：

UFS存儲介紹

C-PHY和D-PHY的差異

D-PHY是一種串行接口技術(shù)，它使用帶差分信號的可擴(kuò)展數(shù)據(jù)通道和帶寬有限的通道以及源同步時(shí)鐘來支持帶寬受限的通道，以支持用于顯示器和照相機(jī)等流應(yīng)用的節(jié)能接口。
它為受益于此的應(yīng)用程序提供半雙工行為雙向通信，傳輸速率高達(dá)每通道2.5吉比特（2.5Gbps）。

C-PHY需要很少的傳輸介質(zhì)通道，不需要單獨(dú)的時(shí)鐘通道，并提供了靈活性，可以通過軟件控制將任意通道的任意組合分配給應(yīng)用處理器上的任何端口。
由于基本電氣規(guī)范的相似性，C-PHY和D-PHY可以在同一設(shè)備引腳上實(shí)現(xiàn)。三相符號編碼技術(shù)在每個(gè)通道的三線導(dǎo)體組上每個(gè)符號提供大約2.28位。這樣可以以較低的觸發(fā)頻率實(shí)現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)速率，從而進(jìn)一步降低功耗。

下面為兩者連接對比圖，可以看到兩者差異：

D-PHY的配置，需要時(shí)鐘差分線路做同步使用；

C-PHY，無需使用時(shí)鐘作參考；

PHY對應(yīng)的測試項(xiàng)

M-PHY
M-PHY是具有超高帶寬功能的嵌入式時(shí)鐘串行接口技術(shù)，專門針對移動應(yīng)用程序的極端性能和低功耗要求而開發(fā)。

M-PHY當(dāng)前支持以下協(xié)議：
CSI-3，UFS，DigRF，UniPro，LLI，SSIC和M-PCIe。

這些不同的協(xié)議涵蓋從高級相機(jī)到高速存儲器的應(yīng)用，在這些應(yīng)用中，低引腳數(shù)，通道可擴(kuò)展性和電源效率是最重要的要求。高M(jìn)-PHY數(shù)據(jù)速率以及多通道測試以及大量的一致性測試要求使得驗(yàn)證M-PHY層成為一項(xiàng)挑戰(zhàn)。為了完全測試該層的功能，必須對發(fā)送器（Tx）和接收器（Rx）進(jìn)行表征。發(fā)射機(jī)確認(rèn)正在檢查設(shè)備/ DUT是否正在正確發(fā)送信號。示波器用于顯示/顯示結(jié)果。

另一方面，接收器位于傳輸鏈的末端。到達(dá)其輸入的信號通常會降級并攜帶雜質(zhì)。這些雜質(zhì)可能來自相關(guān)的變送器，也可能在從TX到RX的過程中被吸收。信號降級主要是由于信道損耗。 RX在接收器壓力測試期間仍然能夠正確檢測數(shù)字內(nèi)容。

MIPI D-PHY
D-PHY是一種用于帶寬受限通道的PHY層接口技術(shù)，如今已被諸如串行顯示接口（DSI）和相機(jī)串行接口（CSI）協(xié)議之類的流應(yīng)用程序使用。

它具有支持可擴(kuò)展性的多通道體系結(jié)構(gòu)。當(dāng)工作在高速模式下時(shí)，它使用具有差分信令和源同步時(shí)鐘的NRZ數(shù)據(jù)格式。后者允許它調(diào)整數(shù)據(jù)傳輸速率以匹配視頻幀大小和速率的要求。通過這種和無端接的低功耗模式，它具有很高的功耗效率。
從低功耗到高速模式（反之亦然）的過渡階段中的時(shí)序測量在D-PHY接口上得到了強(qiáng)調(diào)，這是因?yàn)榻邮掌鹘K端的開-關(guān)切換，因此為了使接口正常工作，信號必須滿足許多時(shí)序要求。D-PHY測試的其他挑戰(zhàn)是低速和高速信號的共同存在。

MIPI C-PHY
MIPI C-PHY是串行總線，支持與D-PHY相同的顯示和攝像頭接口。

高速模式下的C-PHY數(shù)據(jù)傳輸使用3級3線方案，形成一個(gè)通道，每個(gè)符號可以傳輸2.28位。與D-PHY相比，這可以提供更高的數(shù)據(jù)速率，而無需增加觸發(fā)速率和功耗。C-PHY時(shí)鐘被嵌入或編碼到數(shù)據(jù)中。與D-PHY相比，這節(jié)省了兩條線以及相關(guān)的電源。

數(shù)據(jù)編碼可確保在每個(gè)符號邊界處都有過渡，從而可以實(shí)現(xiàn)基于邏輯（非PLL）的RX時(shí)鐘恢復(fù)，從而保留了D-PHY的數(shù)據(jù)速率靈活性。

通過將時(shí)鐘嵌入數(shù)據(jù)，它還提供了靈活性，可以將任意組合的任意通道分配給任何端口通過軟件控制在應(yīng)用程序處理器上。

由于基本電氣規(guī)范（以及整個(gè)低功耗模式）的相似性，C-PHY和D-PHY可以在同一器件引腳上實(shí)現(xiàn)。

早期的PHY速率大小

D-PHY的速率是要小于C-PHY的速率，M-PHY的速率也是較小的，但是都存在高配置的版本。（如下是C-PHY-1.0、D-PHY1.2、M-PHY3.1版本的比較）

協(xié)議測試（Specification）

對您的移動計(jì)算設(shè)計(jì)有廣泛而深刻的見解。協(xié)議驗(yàn)證主要發(fā)生在接口層。具有MIPI規(guī)范的物理（PHY）層支持許多不同的協(xié)議。
包含：CSI-2，DSI-1，DigRF，CSI-3，UFS，UniPro，SSIC和MPCIe都有不同的協(xié)議要求和測試。

MIPI相關(guān)協(xié)議（Specification）

注：以下的協(xié)議是會員才可以獲得的，普通用戶并沒有直接的權(quán)限來獲取到這些文件的，且在Bing上檢索也無法獲取，只能獲取極少的相關(guān)信息，無法得到協(xié)議原文。只有極少數(shù)是公開版本，但是需要一系列注冊才可以。

Audio
MIPI SLIMbus? v2.0 (18-Nov-2015)
MIPI SoundWire? v1.2 (22-Apr-2019)

Camera & Imaging
MIPI CCS? v1.1, MIPI Camera Command Set (12-Dec-2019)
MIPI CSI-2? v3.0, MIPI Camera Serial Interface 2 (10-Sep-2019)
MIPI CSI-3? v1.1, MIPI Camera Serial Interface 3 (12-Mar-2014)
MIPI CPI? v1.0, MIPI Camera Parallel Interface (23-Mar-2004)
MIPI CSI? v1.0, MIPI Camera Serial Interface (23-Mar-2004)

Chip-to-Chip/IPC
MIPI DigRF? v4 v1.2 (4-Feb-2014)
MIPI Dual Mode? 2.5G / 3G RFIC v3.09.06 (05-Aug-2011)
MIPI LLI? v2.1, MIPI Low Latency Interface (07-Nov-2014)
MIPI UniPro? v1.8 (11-Jan-2018)

Control & Data
MIPI BIF? v1.1.1, MIPI Battery Interface (10-Mar-2015)
MIPI BIF? Hardware Abstraction Layer v1.0 (22-May-2013)
MIPI eTrak? v1.1, MIPI Envelope Tracking Interface (10-Sep-2014)
MIPI I3C? v1.1, MIPI Improved Inter Integrated Circuit (11-Dec-2019)
MIPI I3C Basic? v1.0 (8-Oct-2018)
MIPI RFFE? v2.1, MIPI RF Front-End Control Interface (23-April-2018)
MIPI SPMI? v2.0, MIPI System Power Management (28-Aug-2012)

Debug & Trace
MIPI Gigabit Debug for IPS v1.0 (29-Jul-2016)
MIPI Gigabit Debug for USB v1.1 (02-Mar-2018)
MIPI HTI v1.0, MIPI High-Speed Trace Interface (29-Jul-2016)
MIPI NIDnT? v1.2, MIPI Narrow Interface for Debug and Test (05-Dec-2017)
MIPI PTI? v2.0, MIPI Parallel Trace Interface (12-Oct-2011)
MIPI SPP? v2.0, MIPI SneakPeek Protocol (23-July-2019)
MIPI STP? v2.2, MIPI System Trace Protocol (11-Feb-2016)
MIPI SyS-T? v1.0, MIPI System Software – Trace (09-Apr-2018)
MIPI TWP? v1.1, MIPI Trace Wrapper Protocol (18-Dec-2014)

Display & Touch
MIPI ALI3C? v1.0, MIPI ALI3C? v1.0 (09-Apr-2018)
MIPI DBI? v1.0, MIPI Display Bus Interface (22-Mar-2004)
MIPI DBI-2?, MIPI Display Bus Interface 2 (16-Nov-2005)
MIPI DCS? v1.4, MIPI Display Command Set (02-May-20186)
MIPI DPI-2? v2.00, MIPI Display Pixel Interface 2 (23-Jan-2006)
MIPI DPI? v1.0, MIPI Display Pixel Interface (23-Mar-2004)
MIPI DSI-2? v1.1, MIPI Display Serial Interface 2 (02-May-2018)
MIPI DSI? v1.3.1, MIPI Display Serial Interface (17-Dec-2015)
MIPI SDF? v1.0, MIPI Stereoscopic Display Formats (14-Mar-2012)
MIPI TCS? v1.0, MIPI Touch Command Set (09-Apr-2018)

Physical Layers
MIPI C-PHY? v2.0 (09-Sep-2019)
MIPI D-PHY? v2.5 (17-Oct-2019)
MIPI M-PHY? v4.1 (28-Mar-2017)
MIPI HSI? v1.01, MIPI High-Speed Synchronous Serial Interface (25-Jan-2009)

Software Integration
MIPI DDB? v1.0, MIPI Device Descriptor Block (12-Oct-2011)
MIPI DisCo? v1.0, MIPI Discovery and Configuration (DisCo) Specification (28-Dec-2016)
MIPI DisCo for I3C (18-Jun-2019)
MIPI DisCo for NIDnT (24-Oct-2017)
MIPI DisCo for SoundWire v1.0 (28-Mar-2017)
MIPI I3C? HCI? v1.0 (29-Sep-2017)

攝像頭、相機(jī)部分實(shí)際應(yīng)用

如下面的兩個(gè)圖所示，現(xiàn)在很多攝像頭、相機(jī)部分的接口都是MIPI接口的，其適用性、普遍性都很好。

第一個(gè)框圖里面的CSI-2即就是描述的MIPI里面的 C-PHY部分的協(xié)議。

以下是安霸公司的一款主控，主要用于監(jiān)控領(lǐng)域，我們可以看到這個(gè)芯片的攝像機(jī)視頻輸入部分就是MIPI接口的。

C-PHY最少需要三個(gè)引腳，而不是四個(gè)，并提供與D-PHY的逐針向后兼容性。設(shè)計(jì)人員可以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的C-PHY，D-PHY或組合C / D-PHY選項(xiàng)，以確保長期的設(shè)計(jì)可行性。CSI-2協(xié)議包含傳輸和應(yīng)用程序?qū)?#xff0c;并且本機(jī)支持C-PHY，D-PHY或組合C / D-PHY。

兩種物理層選項(xiàng)的攝像機(jī)控制接口都是雙向的，并且與I2C標(biāo)準(zhǔn)兼容。CSI-2規(guī)范定義了作為外圍設(shè)備的相機(jī)與主機(jī)處理器（通常是基帶應(yīng)用引擎）之間的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)傳輸和控制接口。

如下是STMIPID02產(chǎn)品的實(shí)際應(yīng)用
STMIPID02是針對移動照相電話應(yīng)用的雙模式MIPI CSI-2 / SMIA CCP2解串器。

CSI-2是通道可擴(kuò)展的規(guī)范。需要比一個(gè)數(shù)據(jù)通道提供更多帶寬的應(yīng)用程序或那些試圖避免高時(shí)鐘速率的應(yīng)用程序可以將數(shù)據(jù)路徑擴(kuò)展到兩個(gè)，三個(gè)或四個(gè)通道，并在峰值總線帶寬上獲得近似線性的增加。

virtual channel
虛擬信道標(biāo)識符包含在數(shù)據(jù)標(biāo)識符字節(jié)的兩個(gè)MS位中。
數(shù)據(jù)類型值包含在數(shù)據(jù)標(biāo)識符字節(jié)的六個(gè)LS位中。
虛擬通道標(biāo)識符的目的是為交錯(cuò)在數(shù)據(jù)流中的不同數(shù)據(jù)流提供單獨(dú)的通道。
虛擬通道標(biāo)識符號在數(shù)據(jù)標(biāo)識符字節(jié)的高兩位中。
接收器監(jiān)視虛擬頻道標(biāo)識符，并將交錯(cuò)的視頻流解復(fù)用到其適當(dāng)?shù)念l道。
最多支持四個(gè)數(shù)據(jù)流； 有效通道標(biāo)識符的范圍是0到3。
外設(shè)中的虛擬通道標(biāo)識符必須是可編程的，以使主機(jī)處理器能夠控制數(shù)據(jù)流的解復(fù)用方式。

個(gè)人觀點(diǎn)

綜述，這些東西現(xiàn)在實(shí)際應(yīng)用很多，但是我們只注意到了實(shí)際的應(yīng)用，并未去關(guān)心這些相關(guān)的測試，應(yīng)該來說，對于這些協(xié)議的測試才是最難的部分，但是目前我們只是關(guān)注的系統(tǒng)的性能，不會去關(guān)注每個(gè)接口的性能，所以這也是一個(gè)問題。就像我們使用監(jiān)控，我們只會注意攝像的成像是否存在問題，軟件的配置是否有問題，而不會去關(guān)心到底攝像頭部分和CPU連接部分的數(shù)據(jù)速率到底怎么樣？當(dāng)然，如果成像是在是太差了，這個(gè)時(shí)候我們才可能去單獨(dú)測試這一部分的物理層電信號性能測試。

如下：

對于MIPI接口的了解我只是了解了最初、最基本、最簡單的一些概念，而且MIPI每年都會持續(xù)的改進(jìn)、增加相關(guān)的協(xié)議，所以要想繼續(xù)了解，需要多關(guān)注MIPI官網(wǎng)相關(guān)信息，才能更好地了解；除此之外，相關(guān)的測試機(jī)構(gòu)應(yīng)該對于MIPI的研究是要強(qiáng)于應(yīng)用設(shè)計(jì)廠商的，大部分的廠商應(yīng)該都是屬于應(yīng)用廠商，這樣的話我們僅僅關(guān)心整個(gè)產(chǎn)品的性能，會忽視掉產(chǎn)品內(nèi)部每個(gè)器件的性能，這對于設(shè)計(jì)師來講是不利的，但是這也是實(shí)在的問題，因?yàn)閺氖略O(shè)計(jì)人員是要在很短的時(shí)間把產(chǎn)品推向市場。所以還是要靠自己去學(xué)習(xí)新的知識，講個(gè)笑話，實(shí)際上很多硬件設(shè)備公司都沒有自己的示波器，應(yīng)該都是租借的，且高精度超高帶寬的更沒有了，所以你拿什么來測試呢？

Reference

1.https://mipi.org/
2.https://www.mipi.org/current-specifications
3.http://www.ti.com/lit/ds/symlink/sn65dphy440ss.pdf
4.https://www.st.com/resource/en/datasheet/stmipid02.pdf

2020-4-21 晚

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的MIPI协议及应用的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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