MIPI简介(二)——物理层D-PHY
一、物理层
物理层规范了传输介质、电气特性、IO电路、和同步机制。通俗地说，就是指定在MIPI协议的最底层物理层，发送端Tx如何拿到上层编码好的数据、转化成怎样的电信号、并通过多少根/组通道以何种形式发送给接收端Rx等等。
CSI和DSI的物理层由专门的工作组负责制定。在目前公布的协议中有三类基于摄像头的物理层接口，分别是D-PHY、C-PHY和M-PHY。其中最为简单基础、使用最广泛的是D-PHY接口，2009年发布D-PHY 1.0版本。
为了提供更高的接口带宽和更好的通道布局灵活性，CSI-2 v1.3引入了C-PHY接口。C-PHY 1.0是MIPI联盟于2014年9月发布的新物理接口，能够兼容之前的D-PHY v1.2版本。
D-PHY和C-PHY都是串行接口，它们解决了并行的接口的很多问题，比如降低了接口功耗，改善了并行难以扩展的问题。物理层协议除了这两者外还有M-PHY——这是一种高速Serdes接口，异步传输，相较于D-PHY有更少的引脚和更高的信号传输速度，在移动端应用的还没有那么广泛，但在车载领域应用较多，此处暂时不做重点讨论。
二、D-PHY的两种工作模式
D-PHY的最初版本的设计目标是500Mbits/s，D是罗马数字（拉丁文数字）中500，D-PHY由此的命得名。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。D-PHY里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。
D-PHY的物理层支持HS(High Speed)和LP(Low Power)两种传输模式，两种模式使用不同的传输电平和传输机制。
| HS模式 | LP模式 | |
|---|---|---|
| 传输模式 | 低压差分信号传输 | 单端信号传输 |
| 信号电平 | 100mV ~ 300mV | 0 ~ 1.2V |
| 传输速度 | 80Mbps ~ 1Gbps（v1.0）或80Mbps ~ 1.5Gbps（v1.1） | <10Mbps |
| 功耗 | 大 | 小 |
差分信号和单端信号的含义可以参考这篇文章。
在HS模式下，使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。使用差分信号传输。
在LP模式下，使用单端信号传输，HS模式下用作差分传输的通道会被拆分成两根独立的信号线。
无论是HS模式还是LP模式，都采用LSB fisrt、MSB last的传输方式。两种模式的结合保证了MIPI总线在需要传输大量数据（如图像）时可以高速传输，而在不需要大数据量传输时又能够减少功耗。
三、通用Lane的结构
Lane的英文原意是“航道”，在这里我们可以理解成两个不同的模块间完成信息运输的通道。
两块使用D-PHY连接的芯片，中间使用差分信号对进行连接，收发端各有一个Lane模块，完成数据收发。Lane模块和中间的连线，共同构成了完整的数据数据传输通道，是整个协议物理层核心。下图就是一个完整的双向数据传输Lane模块（MIPI里称为Universal Lane ）的示意图，是D-PHY的基本信息传输单元。
Universal Lane由一对高速收发器（HS-TX、HS-RX）、一对低功耗收发器（LP-TX、LP-RX）、一个低功耗竞争检测器（LP-CD）和Lane的控制逻辑组成。所有收发模块均共用同一对差分线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。
双向：Bidirectional
单向：Unidirectional
Universal Lane是支持双向通信的，只需要单向通信的Lane都是在这个基础做一定的简化。在只需单向通信的系统中，如CSI，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。
此外，即使在双向通信的系统中，Clock Lane的信号也只需要从主机发送到从机，不需要反向传输。当数据由从机发送给主机时，DDR时钟依旧由主机提供。
四、数据Lane的三种操作模式
数据Lane的三种操作模式：
- Burst Mode：高速模式。
- Control Mode：低功耗模式下的控制模式。
- Escape Mode：低功耗模式下的逃避模式。
在正常的操作时，数据通道处于高速模式或者控制模式。
Burst Mode和Escape Mode之间不可以直接来回切换，必须通过Control Mode进行中转，即
Burst Mode ↔ Control Mode ↔ Escape Mode
1. 高速模式（Burst Mode）
高速模式，是HS状态下的模式，用来传输图像。在高速模式下，通道状态是差分的0或者1，也就是线对内Dp比Dn高时，定义为1；Dp比Dn低时，定义为0。此时典型的线上电压为差分200MV。
2. 控制模式（Control mode）
控制模式是LP状态下的一种模式。高电平典型幅值为1.2V，此时Dp和Dn上的信号不是差分信号而是相互独立的。当Dp为1.2V，Dn也为1.2V时，MIPI协议定义状态为LP11；当Dp为1.2V，Dn为0V时，定义状态为LP10，依此类推，控制模式下可以组成LP11，LP10，LP01，LP00四个不同的状态。
MIPI协议规定，将控制模式的4个不同状态组成不同时序，用来代表着将要进入或者退出某种模式。比如LP11-LP01-LP00序列后，进入高速模式。
3. 逃避模式（Escape mode）
逃避模式是数据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（低功耗数据传输模式）, ULPS(超低功耗模式), Trigger。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。
数据Lane进入Escape mode通过LP-11→LP-10→LP-00→LP-01→LP-00
退出Escape mode：LP-10→LP-11