MIPI-CSI2详解

本文为本人调试imx8 csi2 camera过程中整理，如有不对地方欢迎沟通指正：[email protected]

概述：

本文重点以imx8系列的芯片的MIPI-CSI2为例讲解MIPI-CSI2协议

1.MIPI概述:

MIPI联盟是一个开放的会员制组织，CSI（Camera Serial Interface）是由MIPI联盟下Camera工作组指定的接口标准。CSI-2是MIPI CSI第二版，主要由应用层、协议层、物理层组成，最大支持4通道数据传输、单线传输速度理论高达9Gb/s(不同器件最大值不一致)

定义了摄像头外设与主机控制器之间的接口，旨在确定摄像头与主机控制器在移动应用中的标准，CSI-2定义了摄像头应用中发送方（camera）与接收方（soc）之间的数据与控制传输标准，其物理层支持DPHY与CPHY两种，我们主要以DPHY为例

D-PHY：物理层的CSI-2相机接口由一个时钟线和一个或多个数据线组成

C-PHY：物理层的CSI-2相机接口由一个或多个通道组成，每个通道同时传输时钟和数据信息

D-PHY MIPI-CSI/MIPI-DSI的4通道框图:本文重点关注D-PHY

重点名词解释：

Lane:一种单向、点对点、2线或3线接口，用于高速串行时钟或数据传输,使用D-PHY物理层的CSI-2摄像头接口由1个时钟Lane和1/2/4个数据Lane通道

Packet:以特定方式组织起来的一组字节，用于在接口上传输数据。所有数据包都有个最少字节大小的数据。字节是数据包的基本数据单位。

Payload：仅应用程序数据，所有同步，报头，ECC和校验和和其他协议相关信息除外。这是应用程序处理器和外设之间传输的“核心”

Virtual Channel：支持多达32个外设(camera)的多个独立数据流的规范。每个外设(camera)的数据流可以是一个虚拟通道。这些数据流可能是作为连续的包进行交叉传输，每个包专用于一个特定的外设(camera)或通道。包协议包括将每个包连接到它预定的外围设备的信息（后续讲解包协议时会说明每个包header中包含相应的virtual id,和具体数据类型）

2.CSI-2分层协议

框图：

Application Layer:             
该层主要用于不同场景对数据的处理过程，对于发送方，多为camera生成数据，对于接收方，多为SOC对数据进行处理

Protocol Layer:                    

1.Pixel/Byte Packing/Unpacking Layer:像素/字节封装/解封装层,CSI-2规范支持不同像素格式的图像应用程序，每像素6到24位。发送方向时：在将数据发送到低层协议层之前，该层将应用层的像素打包成字节,接收方向时：在将数据发送到应用层之前，该层将来自低层协议层的字节解析为像素

2.Low Level Protocol (LLP):低级别协议层,为串行数据传输在传输开始(SoT)和传输结束(EoT)事件之间建立位、字节级别同步以及将数据传递到下一层，最小数据大小为1个字节,，详情见章节5

3.Lane Management:lane通道管理,为了适应不同场景下对带宽的要求，CSI-2规定了Lane的数量是可拓展的。因此，在面临多Lane同时传输时，发送方需要对字节流进行公平分发（distributor），接收方则需要对多Lane数据进行合并（merger）详情见章节4

PHY Layer：            

PHY层指定了传输媒介，在电气层面从串行bit流中捕捉“0”与“1”，同时生成、捕获SoT与EoT等信号，详细时序细节见章节3.D-PHY

 3.D-PHY:

D-PHY是CSI-2和DSI协议用于物理和电通信的源同步物理层,D-PHY中的D来自罗马数字500。在编写D-PHY规范的1.0版本时，假设单通道的通信速率为500Mbps，因此D-PHY的名称就诞生了。在该规范的最新版本中，每通道的实际最大比特率高达9 Gbps。由于遵循的规范版本和设计实现，i.MX 8/RT部件每通道的最大传输速率为1.5 Gbps(有些部件甚至更低)

Mode:

Control, High-Speed, Escape, and Ultra-Low Power State (ULPS)

Data Lanes support all four modes but Clock Lanes only support Control, High-Speed, and ULPS mode. During normal operation, a Data Lane is in Control or High-Speed mode

时序：

 为了有效地利用D-PHY接口,使用较少的引脚，缺乏传统的总线握手信号(例如，数据启用，线路选择)。因此，各种LP和HS模式之间的转换是通过一系列握手序列来处理的。详尽的握手序列这里不做详解 。简单介绍下SoT/EoT

SoT : Start of Transmission（传输启动信号）

EoT : End of Transmission（传输停止信号）

 错误检测：

如果发送端和接收端的可配置时间参数没有正确设置，就会在SoT和EoT过程中发生错误。D-PHY可以检测到某些错误，触发IRQ，并设置寄存器标志，以帮助调试问题

4.Multi-Lane Distribution and Merging

Distribution框图：

 merging框图:

5.Low Level Protocol

低级别协议(LLP)是一个基于字节的数据包的协议,支持传输使用短包/长包格式的任意数据（short packet/long packet）

• 任意数据传输(负载独立)
• 8位字节数据大小
• 支持16个交叉的虚拟通道在相同的D-PHY link上
• 帧开始、帧结束、行开始和行结束信息的特殊包
• 描述应用程序特定负载数据的类型、像素深度和格式的描述数据
• 错误检测16位校验和代码
• 误差检测和校正的6位误差校正码(D-PHY物理层)

packet overview:

 

包协议格式：

Long Packet Structure for D-PHY：

 Short Packet Structure for D-PHY:

6.图像传感器基础：

YUV422 8bit:

采样图例：

 传输样式：

 frame format:

7.参考文献：

2019-09-17_19.05.53_mipi_CSI-2_specification_v3-0.pdf

i.MX 8/RT MIPI DSI/CSI-2