linux_驱动_总线协议_MIPI_camera_协议详细解析

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　　MIPI（移动行业处理器接口）是Mobile Industry Processor Interface的缩写。MIPI（移动行业处理器接口）是MIPI联盟发起的为移动应用处理器制定的开放标准。

　　已经完成和正在计划中的规范如下：

　

　　D-PHY介绍

　　1、 D-PHY 描述了一同步、高速、低功耗、低代价的PHY。

　　• 一个 PHY配置包括

　　• 一个时钟lane

　　• 一个或多个数据lane

　　• 两个Lane的 PHY配置如下图

　　

　　三个主要的lane的类型

　　• 单向时钟Lane

　　• 单向数据Lane

　　• 双向数据Lane

　　• D-PHY的传输模式

　　• 低功耗（Low-Power）信号模式（用于控制）：10MHz （max）

　　• 高速（High-Speed）信号模式（用于高速数据传输）：80Mbps ~ 1Gbps/Lane

　　• D-PHY低层协议规定最小数据单位是一个字节

　　• 发送数据时必须低位在前，高位在后。

　　• D-PHY适用于移动应用

　　• DSI：显示串行接口

　　• 一个时钟lane，一个或多个数据lane

　　• CSI：摄像串行接口

　　2、Lane模块

　　• PHY由D-PHY（Lane模块）组成

　　• D-PHY可能包含：

　　• 低功耗发送器（LP-TX）

　　• 低功耗接收器（LP-RX）

　　• 高速发送器（HS-TX）

　　• 高速接收器（HS-RX）

　　• 低功耗竞争检测器（LP-CD）

　　• 三个主要lane类型

　　• 单向时钟Lane

　　• Master：HS-TX， LP-TX

　　• Slave：HS-RX， LP-RX

　　• 单向数据Lane

　　• Master：HS-TX， LP-TX

　　• Slave：HS-RX， LP-RX

　　• 双向数据Lane

　　• Master， Slave：HS-TX， LP-TX， HS-RX， LP-RX， LP-CD

　　3、Lane状态和电压

　　• Lane状态

　　• LP-00， LP-01， LP-10， LP-11 （单端）

　　• HS-0， HS-1 （差分）

　　• Lane电压（典型）

　　• LP：0-1.2V

　　• HS：100-300mV （200mV）

　　4、操作模式

　　• 数据Lane的三种操作模式

　　• 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）

　　• Turnaround 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

　　• 状态转换关系图

　　

　　差分信号，什么是差分信号

　　一个差分信号是用一个数值来表示两个物理量之间的差异。从严格意义上来讲，所有电压信号都是差分的，因为一个电压只能是相对于另一个电压而言的。在某些系统里，系统’地’被用作电压基准点。当’地’当作电压测量基准时，这种信号规划被称之为单端的。我们使用该术语是因为信号是用单个导体上的电压来表示的。

　　另一方面，一个差分信号作用在两个导体上。信号值是两个导体间的电压差。尽管不是非常必要，这两个电压的平均值还是会经常保持一致。我们用一个方法对差分信号做一下比喻，差分信号就好比是跷跷板上的两个人，当一个人被跷上去的时候，另一个人被跷下来了 - 但是他们的平均位置是不变的。继续跷跷板的类推，正值可以表示左边的人比右边的人高，而负值表示右边的人比左边的人高。0 表示两个人都是同一水平。

　　

　　应用到电学上，这两个跷跷板用一对标识为V+和V-的导线来表示。当V+》V-时，信号定义成正极信号，V+ 《 V-时，信号定义成负极信号。

　

　　上图 差分对围绕摆动的平均电压设置成 2.5V。当该对的每个信号都限制成 0-5V 振幅时，偏移该差分对会提供一个信号摆动的最大范围。当用单一 5V 电源操作时，经常就会出现这种情况。

　　当不采用单端信号而采取差分信号方案时，我们用一对导线来替代单根导线，增加了任何相关接口电路的复杂性。那幺差分信号提供了什幺样的有形益处，才能证明复杂性和成本的增加是值得的呢？

　　差分信号的第一个好处是，因为你在控制’基准’电压，所以能够很容易地识别小信号。在一个地做基准，单端信号方案的系统里，测量信号的精确值依赖系统内’地’的一致性。信号源和信号接收器距离越远，他们局部地的电压值之间有差异的可能性就越大。从差分信号恢复的信号值在很大程度上与’地’的精确值无关，而在某一范围内。

　　差分信号的第二个主要好处是，它对外部电磁干扰（EMI）是高度免疫的。一个干扰源几乎相同程度地影响差分信号对的每一端。既然电压差异决定信号值，这样将忽视在两个导体上出现的任何同样干扰。除了对干扰不大灵敏外，差分信号比单端信号生成的 EMI 还要少。

　　差分信号提供的第三个好处是，在一个单电源系统，能够从容精确地处理’双极’信号。为了处理单端，单电源系统的双极信号，我们必须在地和电源干线之间某任意电压处（通常是中点）建立一个虚地。用高于虚地的电压来表示正极信号，低于虚地的电压来表示负极信号。接下来，必须把虚地正确地分布到整个系统里。而对于差分信号，不需要这样一个虚地，这就使我们处理和传播双极信号有一个高逼真度，而无须依赖虚地的稳定性。

　　完成mipi信号通道分配后，需要生成与物理层对接的时序、同步信号：

　　MIPI规定，传输过程中，包内是200mV、包间以及包启动和包结束时是1.2V，两种不同的电压摆幅，需要两组不同的LVDS驱动电路在轮流切换工作；为了传输过程中各数据包之间的安全可靠过渡，从启动到数据开始传输，MIPI定义了比较长的可靠过渡时间，加起来最少也有600多ns；而且规定各个时间参数是可调的，所以需要一定等待时间，需要缓存，我们用寄存器代替FIFO，每通道128Byte。

　　串行时钟与数据差分传输的过渡时间关系如下：

　

　

　

　　各个时间参数需要满足以下的要求：

　

　　

　　

　　数据与时钟的相位关系：

　　

　　根据前面：mipi差分信号原理 介绍。

　　CLKp是高电平，CLKn是低电平的时候，差分信号表现为高电平。

　　CLKn是高电平， CLKp是低电平的时候，差分信号表现为低电平。

　　所以结果就可以等效成红线描述的正弦。

　　从正弦可以看出，data在clk的高电平和低电平都有传输数据。

　　数据通道进入和退出SLM（即睡眠模式）的控制：

　　

　　mipi信号传输分为单端和差分传输。例如：

　　LP-00， LP-01， LP-10， LP-11 （单端）

　　HS-0， HS-1 （差分）

　　Ultra-Low Power State entry command： 00011110 是差分传输，读取方法和上面提到的clk是一样的，需要注意的是Dp和Dn如果同时是高电平或同时是低电平的时候是无效数据，这个时候大概对应的是clk正弦的峰值，只有其中一个是高一个是低才是有效的差分数据。

　　

　　总结：

　　对应于同步信号完成并串转换；

　　*HS 状态为高速低压差分信号，传输高速连续串行数据；

　　*LP 状态为低速低功耗信号，传输控制信号和状态信号；

　　*MIPI要求HS 工作在1GHz 的频率下，完成共模信号为0.2v 差模信号为0.2v 的差分

　　信号的传输；

　　*LP 传递控制信号，要求高电平为1.2v 低电平为0的电平信号输出；

　　*HS 及LP 状态下，输出信号的电学特性要求非常苛刻，具体电学性能的要求可见

　　附带文档表格。

　　*MIPI是双向可选的，可以高速发送，也可以进行高速接收，或收发功能同时具备，

　　我们目前根据需求仅做了发送功能；

　　*MIPI的HS模式（0.2V），传送图像数据，速度为80Mbps ~ 1000Mbps；

　　*MIPI的LP模式（1.2V），可以用于传送控制命令，最高速度为10Mbps；

　　*MIPI规定，任一个MIPI设备必须Escape Mode，此为Low Power Data

　　Trabsmission Mode，LP模式中的一种，此模式下可低速传输图像或其他数据。

　　*MIPI规定了Low Power Mode、 Ultra Low Power Mode的电压范围、以及它们

　　之间、它们与HS模式之间的相互切换方式或相关要求；

　　*MIPI D-PHY是各个MIPI工作组共用的物理层规范；

　　最后，需要注意一点：

　　BTA：bus turn around，用来host接受外设发送命令或应答信号用的，如果host DPHY设置了这个，

　　但是lcd不支持的话，就有可能有问题。