MIPI入门——D-PHY介绍（一）

D-PHY种的PHY是物理层（Physical）的意思，那么D是什么意思呢？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。

D-PHY是一种高速、低功耗的源同步物理层，由于采用了高功效设计，因此非常适合功耗大的电池供电设备使用。它里面同时包含了有助于实现高功效的高速模块和低功耗模块。载荷数据（图像数据）使用高速模块，控制和状态信息的发送（在照相机/显示器和应用处理器之间）使用的是低功耗模块（利用低频信号）。它具有在单个数据包脉冲中发送高速和低功耗数据的特殊能力。低功耗模块有助于节省功耗，高速模块则有助于实现高清晰度照片质量数据信号要求的较高带宽。

如下图所示，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。

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：

使用示波器测量获得的HS波形如下图所示：

其中，HS模式下，为差分信号传输，信号电平在100mV~300mV（200mV的压摆）；LP模式下，为单端信号传输，信号电平在0~1.2V（1.2V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，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。

【注】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）。

一个完整的MIPI传输系统结构图如下：

其中PHY Layer为物理层，如D-PHY，Low Level Protocol和Lane Management为中间层，如DSI和CSI，Application为应用层，可由软件或者硬件实现，以DSI系统为例，其中所有的命令需要符合MIPI的DCS（Display Command Set）规范。

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）。

如上图所示，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。显然，在Unidirectional系统中，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。在需要双向通信的系统中，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。需要注意的是，即使实在Unidirectional的系统中，Clock Lane也不需要反向传输，即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）。

比较有意思的地方是，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。关于Spaced-One-Hot Coding会在后面的博文中详细介绍。【注】我们常听到的LPDT模式（Low-Power Data Transmission）和ULPS模式（Ultra-Low Power State）都是Escape Mode的一种。

综上所述，也就是说，D-PHY中一共有三种Lane，Unidirectional Clock Lane 、Unidirectional Data Lane以及Bi-directional Data Lane。

需要注意的是，D-PHY的Bidirectional通信是一种半双工的双向通信模式，同时，反向传输的速度只有正向传输的1/4。