MIPI-DSI

概述：

MIPI包含很多通信协议，本章只讲述mipi用于显示接口的dsi(显示串行接口)。

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MIPI-DSI协议分层:

MIPI-DSI分四层：应用层，协议层，通道管理层，物理层。如下图：

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MIPI-DSI物理层（D-PHY）:

1、物理层功能

将通道管理层并行数据转换成串行数据发送，将接收到的串行数据转换成并行数据，传输给通道管理层。

2、物理信号

• 信号两种工作状态，高速模式状态（HS）和低速模式状态（LP）。
• 物理层，就是要控制硬件信号的（时序），MIPI-DSI两种信号类型:
  
  • 时钟lane,两根线一个Dp,Dn。
  • 数据lane,两根线一个Dp，Dn；数据lane根据需求有多个，最少一个lane（lane0），最多4个lane（lane0,lane1,lane2,lan3）,其中只有lane0是双向的（低速模式双向，高速模式也只能是单向），其他的都只能是单向（高速模式单向）。

• 数据lane电平：

  • 低速模式LP：0-1.2V，空闲电平（LP11）Dp,Dn是1.2V。
  • 高速模式HS：100-300mV (200mV)
    

• 数据通道状态（数据lane状态）：
  
  可以看出数据通道，有6个状态:HS-0，HS-1，LP00，LP01，LP10，LP11.
  其中HS-0表示高速模式下数据lane的Dp为低，Dn位高，LP01表示低速模式数据lane的Dp为低，Dn为高。
  在系统上电开机后，LP11保持100us左右（硬件初始化），然后进入stop状态，模式是间的转换都要回到这个状态，一般控制状态也是LP11状态。模式之间的转换，将在后面描述。

• 电平识别

  • 控制模式下电平识别：
    Dp，Dn为0V就是逻辑0，为1.2V时，是逻辑1。LP10表示的就是Dp为1（1.2V），Dn为0（0V）

  • 低速模式下电平识别：
    Dp，Dn采取异或运算，如Dp是1.2V，表示1，Dn是0V，表示0，同时刻Dp,Dn异或等于1；当Dp是1.2V，表示1，Dn是1.2V，表示1，同时刻Dp,Dn异或等于0；

  • 高速模式下电平识别：
    高速模式下Dp，Dn是差分输出，在同时刻Dp比Dn高表示为1，Dp比Dn低表示为0（电压值对比）

3、物理层组织结构（架构）

• 物理层，简单来说，由时钟通道模块和数据通道模块组成。

  • 时钟通道模块，管理时钟lane模式和时序
  • 数据通道模块，管理数据lane模式和时序。数据通道又分成以下模块（简单了解）：
    
    • 低功耗发送器（LP-TX，低速模式）
    • 低功耗接收器（LP-RX，低速模式）
    • 低功耗竞争检测器（LP-CD，低速模式），这个只有在lane0上有，因为双向传说，用于监测总线竞争情况。
    • 高速发送器（HS-TX，高速模式）
    • 高速接收器（HS-RX，高速模式）

• 物理层工作模式，有控制模式，ESCAPE模式，高速模式，TA模式。

  • 控制模式，也是在低速模式下的，非传输模式，数据lane处于LP11状态，在模式之间转换基本都回到这个模式，然后再转其他模式。
  • ESCAPE模式，也是在低速模式下，低速下传输模式，LP11→LP10→LP00→LP01→LP00经过这个时序过程，就能从控制模式转入ESCAPE模式。退出ESCAPE模式：LP10→LP11
  • 高速模式，高速传输模式，进入高速模式LP11→LP01→LP00→SoT(0001_1101)，其中SoT是在进入高速的同步码，即在进入高速模式后必须发生的第一个字节SoT（0x1e）,退出告诉模式：EoT→LP11，EoT表示HS-0或者HS-1状态。
  • TA模式（也有写成BTA），总线控制权交换。当我们在低速模式下读的时候，主机发完命令和参数后，要将总线控制权交换给从设备，从设备返回读结果给我们。主机放弃总线控制权（由主机发起）：LP-11→LP-10→LP-00→LP-10→LP-00，从设备接受总线控制权后，应答（ACK）主机：LP00→LP10→LP11（表示从设备已控制总线），当从设备完成读返回结果后，要放弃总线控制权，还给主机，此时由从设备发起：LP-11→LP-10→LP-00→LP-10→LP-00。读过程结束。

4、时序

物理层一个很重要的，是对时序的处理，如下图（先把图放在这里，搞很清楚的时候再来写）：

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通道管理层：

通道管理层，主要的功能就是，将要发送的数据，按照字节为单位（MIPI-DSI是按照字节传输的，从低位到高位），分配个各个数据lane上；将接收到的数据lane上的数据，恢复成原来的字节顺序。
看如下图，就很清除:

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协议层

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1、协议层功能

协议层主要功能是打包数据和解包数据，将数据通道管理层传输来的数据包，解包，传输到应用成；将应用层送来的数据，打包成数据包的形式传输到通道管理层。

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2、数据包格式

数据包，分短数据包，长数据包：

短包大小4个byte,长包大小是6~65541 bytes（看WC的值）
数据标识：其中[5:0]表示数据类型，物理层会根据这个类型，发起模式间的转换。

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3、ESCAPE模式

ESCAPE模式又可以成三种模式：

当进入ESCAPE模式后，还需要跟着发送1byte的命令，来进入ESCAPE下的不同模式。这个1byte是物理层，根据数据类型来自动发送的，协议层不管。

ULPS超低功耗模式，在进入ESCAPE后，发送00011110后，才能进入。（超低功耗模式时钟lane，数据lane都处于0V电平状态）

Trigger模式，是些控制作用，如发送01100010，是通知显示模块复位，当然还有其他的。如果显示模组有TE信号，应用层，会将TE信号转换成trigger命令形式返回给主机。

从主机到从设备的部分数据类型如下（以下数据类型都将触发，先发送11100001，后再发送表中的指令）：

从外设返回给主机的数据类型：

有带DCS的，DCS表示数据包中data0是命令（寄存器），后面可以有参数，或者没参数，根据要发送的命令或者寄存器情况，选择不同的命令。

不带DCS的，为一般读写命令，数据包中只有数据，没有命令和参数之分。

是DCS还是一般读写数据，都是有这6位的数据类型决定。

6位表示什么数据类型，都是MIPI-DSI协议规定的，不能改变。

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4、高速模式下视频数据

高速模式下可分成三种模式：

• Non-Burst Mode with Sync Pulses
• Non-Burst Mode with Sync Events
• Burst Mode

上图顶部有圆弧的代表数据包，长方形的代表时序的状态。

下面分别是三种video mode下的数据传输时序图：

屏区域示意图

如上图：
HSS表示行同步的起始点，HSE表示行同步结束点，HSS,HSE是协议层中一特殊数据
VSS表示帧同步起始点，VSE表示帧同步结束点，VSS,VSE是协议层中一特殊数据

HSA就是HSPW，BLLP就是VSPW，空数据（无效数据），只为同步
HBP就是HBPD，HFP就是HFPD，空数据（无效数据），只为同步
RGB就是就是有效显示区域的一行数据。

应用层

对于显示模组，协议层是将来自协议层的数据转化成DPI或者DBI供给显示模组，如果读，就是把来自显示模组DBI的数据，解析成一个数据，送到协议层。如下图：

图中SPI模块可以不管，在这里是配置时序的。

MIPI-DSI对于软件驱动工程师来说，重点是物理层和协议层。

参考资料：
基于MIPI_DSI协议的LCD驱动接口设计（很好的一篇论文）
mipi 调试经验
MIPI_DSI_Introduction
MIPI DSI协议介绍
MIPI及DSI协议介绍
MIPI-DSI 三种 Video Mode 理解
Mipi LP模式下数据通信协议详解-2014-12-20