通过集成MIPI IP满足相机和显示器的基本接口要求

相机和显示器用于汽车、工业和医疗设备、智能手机和其他移动设备，以及机器视觉应用。多年来，高分辨率视频和图像所需的数据不断增加，迫使相机和显示soc处理更复杂的视觉数据。MIPI联盟提供了一系列相机和显示接口，为从基本连接到复杂多图像传感器和显示连接的各种高级功能提供差异化，同时解决带宽、功耗和实现成本等基本需求。

相机和显示系统芯片(soc)需要接口技术，以实现高速率高效传输大量数据。虽然MIPI摄像头和显示接口是移动产品的事实上的标准，但业界正在看到它们在汽车、物联网和其他新兴摄像头和显示应用方面的优势。

本文重点介绍了MIPI CSI-2、DSI/DSI-2、D-PHY和C-PHY接口的独特功能，并简要介绍了设计人员如何使用兼容的MIPI IP将这些接口集成到SoC设计中。

MIPI物理:D-PHY和C-PHY

MIPI为相机和显示器连接提供了两个物理层:D-PHY和C-PHY。D-PHY是一种被广泛采用的标准，已经在业界得到了多年的验证，可以提供高达4.5千兆/秒的每车道数据速率，并且还在继续发展。这是一个源同步架构，有一个专用的时钟通道和两种工作模式以提高效率。MIPI D-PHY提供了一种具有差分信令的高速模式，用于数据传输，以及一种具有单端1.2V信令的低功耗模式，用于控制和握手数据，如图1所示。第三版D-PHY有望很快发布，其数据速率可达每通道每秒9千兆字节。

图1:MIPI D-PHY实现，在数据通道旁边显示专用时钟通道。

MIPI C-PHY于2014年推出，正在迅速应用于相机和显示应用。C-PHY可以在受限通道上实现更高的带宽，如玻璃上芯片、薄膜上芯片和塑料上芯片。

如图2所示，C-PHY实现非常独特，每个三极管有3根线和3阶段编码。映射和编码规则保证了3根线协同工作而无争用，这有助于接收器上的时钟和数据恢复(CDR)实现，并在更少的引脚的情况下显著提高带宽和能源效率。实际比特率是信号速率的2.28倍，因为7个C-PHY线跃迁对应16位数据。

C-PHY没有专门的时钟通道。嵌入式时钟消除了时钟的杂散，并实现了相机和显示链路的灵活连接安排。

C-PHY v1.2可以达到每秒3.5千兆字节。典型的应用程序使用3个三极管，对应于大约24千兆/秒的总带宽。C-PHY v2.0也可以使用，每三步每秒可传输6千兆符号。

图2:MIPI C-PHY实现显示了消除专用时钟通道需求的单端驱动程序。

MIPI D-PHY和C-PHY集成

虽然MIPI D-PHY和C-PHY有其独特的优点，但当它们集成时，它们的优势会扩展。对于同时支持C-PHY和D-PHY的IP来说，这是可能的，因为它们的电气规格实际上是相似的，而且除了线路驱动器和接收器之外，大多数电路都可以重复使用。C-PHY和D-PHY都可以在一组引脚中共存。

在集成的C-PHY/D-PHY实现中，相同的PHY IP可以在C-PHY模式或D-PHY模式下运行，从而提供了一个独特的实现，满足了关键需求，如D-PHY成熟度、D-PHY向后兼容性、支持C-PHY和D-PHY连接的灵活性、性能、电源效率和主要在C-PHY模式下的EMI降低。

Camera Serial Interface 2 (CSI-2)接口

MIPI CSI-2接口是一个超越移动应用的视觉平台。图3显示了CSI-2标准的不同版本及其特性。CSI-2 v1。X更专注于实现更快的传输，以实现更高的分辨率、更高的帧速率和更高的像素比特数，这些都是移动应用程序的关键要求。版本2。X添加了更多与其他应用程序相关的功能，包括虚拟通道，它可以识别来自不同来源的有效载荷。虚拟通道对于使用多个图像传感器的ADAS等应用程序非常重要，或者对于需要从同一传感器中区分多个曝光的任何应用程序非常重要。CSI-2的其他特征包括:

• 功率谱密度(PSD)降低能力使图像传感器更接近敏感电路。这是通过置乱机制来实现的，以减少重复和周期性的像素序列(在D-PHY的情况下与扩频时钟结合)。
• 减少和传输效率(LRTE)减少了协议延迟，并能够聚合更多针对实时感知和决策应用程序的源
• 差分脉冲编码调制(DPCM)压缩在保持与机器视觉算法相关的关键属性的同时降低了带宽
• RAW-16/20色深可实现需要高动态范围(120+ dB)的机器视觉、实时感知应用

CSI-2 v3。x增加了更多的功能，如统一串行链路(USL)，它减少了所需的电线数量，并利用LRTE将信道范围扩展到传统的30厘米以外。该版本还添加了RAW-24颜色深度，用于更高的动态范围实现，用于检测照明变化条件下的亮度差异。智能感兴趣区域(SROI)是关于捕获场景的选择性传输。对于重点检测微小差异、缺陷或异常的应用程序，此特性可以显著降低带宽。即将推出的CSI-2 v4。X将解决更多需要功能安全、安全性和始终在线功能的用例。

图3:跨多代MIPI CSI-2的主要特征。

Display Serial Interface (DSI)接口

MIPI DSI/DSI-2是嵌入式显示应用的实际接口。它支持两种模式显示-视频模式和命令模式。视频模式显示不需要帧缓冲区，图像刷新由主机或SoC处理。由于主机和面板之间需要定时同步，所有这些都增加了更多的复杂性，然而，好处是低成本的实现，因为面板没有帧缓冲区。另一方面，命令模式需要在显示上有一个本地帧缓冲区，这使得实现更加昂贵。但是，其优点是在如何刷新窗格方面具有灵活性。例如，命令模式显示支持面板的部分更新。通常，主机SoC上的DSI端口实现了视频和命令模式，主显示使用视频模式，辅助显示使用命令模式。

DSI v1。X更专注于实现更快的传输，以实现更高的分辨率、更高的帧速率和更高的每像素位数。它还支持VESA DSC，以实现针对高分辨率显示器的视觉无损压缩。DSI-2 v1.1增加了功率谱耗散(PSD)降低和新的VESA压缩机制——VESA VDC-M 1.1，可实现高达5:1的压缩，每像素6位。VESA DSC1.1支持高达3:1的压缩，每像素8位。增加压缩还有许多其他好处，包括更简单的SoC架构，因为需要更少的逻辑和链路速度，有助于限制EMI，节省电源和引脚数量。即将推出的DSI-2 v1.2将解决需要内容保护和功能安全的用例。

图4:跨多代MIPI CSI-2的主要特征。

总结

Synopsys在先进的finFET工艺中实现了MIPI接口与经过硅验证的DesignWare MIPI摄像头和显示IP组合的集成，支持MIPI C-PHY, D-PHY, CSI-2和DSI/DSI-2规范。DesignWare MIPI C-PHY/D-PHY IP将两个MIPI接口集成在一起，传输速率低于1.3pJ/bit，运行速度为24 Gb/s，同时与DesignWare CSI-2和DSI/DSI-2控制器IP解决方案无缝互操作。DesignWare MIPI控制器支持MIPI规范的主要功能。Synopsys MIPI IP是ASIL B Ready IP，专门针对ISO 26262随机硬件故障开发和评估，这是功能安全应用程序的关键需求。

更多信息，请访问DesignWare MIPI IP解决方案web页面。