MIPI-DSI 协议深度解析-简单易懂协议详解

1. MIPI
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。
• DCS (DisplayCommandSet)：DCS 是一个标准化的命令集，用于命令模式的显示模组。
• DSI, CSI (DisplaySerialInterface, CameraSerialInterface • DSI 定义了一个位于处理器和显示模组之间的高速串行接口。
• CSI 定义了一个位于处理器和摄像模组之间的高速串行接口。
• D-PHY：提供 DSI 和 CSI 的物理层定义

DSI 分四层，对应 D-PHY、DSI、DCS 规范、分层结构图如下：
• PHY 定义了传输媒介，输入/输出电路和和时钟和信号机制。
• Lane Management 层：发送和收集数据流到每条 lane。 • Low Level Protocol 层：定义了如何组帧和解析以及错误检测等。
• Application 层：描述高层编码和解析数据流。

2. 操作模式
数据Lane有三种操作模式： Escape mode， High-Speed(Burst) mode，及 Control mode。
• 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设备必须具有Escape Mode，此为LP模式（低功耗模式）中的一种，此模式下可低速传输图像或其他数据。
2.1 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)
2.2 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，0x87（LPDT），0x78（ULPS）， 0x45（Trigger）。
• Escape mode 使用Spaced-One-Hot Encoding
2.3 超低功耗状态（ULPS， 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
2.4 高速数据传输 （High-Speed(Burst) mode）
•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
2. 5 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
PS：（1）BTA:总线控制权可在主机端与从机端之间交换，发送端发送放弃总线请求，接收端接收请求之后
控制总线发起应答，总的过程为BTA（turn around）操作。（2）Escape mode 和 High-Speed(Burst) 
mode之间的状态转换，必须通过BTA模式，不可直接转换。（3）每个字节都是低位先传，多字节元素（16位计
数值、 16位CRC）也是低字节低位先传。

• 状态转换关系图

3. 帧结构
MIPI帧分为短帧（固定长度：4 bytes）和长帧（可变长度：6~65541 bytes）两种.
3.1 短帧
• 短帧只包含一个32位（4Byte）包头；
• 包头格式：包头由8位数据标志符（DI）+ 16位Data（或称为计数值 Data/WC） + 8位错误检测（ECC）构成；
• 可作为帧同步短包：每帧图象必须开始于帧开始包(SoF, FRAME START PACKET)，结束于帧结束包（EoF, FRAME END PACKET）。

• 数据标识（DI，1byte）：
DI[7:6]：2bits定义数据通道数. DI[5:0]：低6位定义数据类型。
• 错误检测（ECC，8bit）：允许包头中前24位（8位数据标志符+16位计数值）在传输过程中两位出错被发现、一位错误被纠正；

//check
U8 Helpers::CalculateECC(U8 *ptr)
{
    U8 D[24] = { 0 };
    U8 count = 0;
    U8 ECC[8] = { 0 };
    for (U8 i = 0; i < 3; i++) {
        for (U8 j = 0; j < 8; j++) {
            D[count] = *ptr & 0x01;
            U8 data = *ptr;
            *ptr = data >> 1;
            count++;
        }
        ptr++;
    }
    ECC[7] = 0;
    ECC[6] = 0;
    ECC[5] = D[10] ^ D[11] ^ D[12] ^ D[13] ^ D[14] ^ D[15] ^ D[16] ^ D[17] ^ D[18] ^ D[19] ^ D[21] ^ D[22] ^ D[23];
    ECC[4] = D[4] ^ D[5] ^ D[6] ^ D[7] ^ D[8] ^ D[9] ^ D[16] ^ D[17] ^ D[18] ^ D[19] ^ D[20] ^ D[22] ^ D[23];
    ECC[3] = D[1] ^ D[2] ^ D[3] ^ D[7] ^ D[8] ^ D[9] ^ D[13] ^ D[14] ^ D[15] ^ D[19] ^ D[20] ^ D[21] ^ D[23];
    ECC[2] = D[0] ^ D[2] ^ D[3] ^ D[5] ^ D[6] ^ D[9] ^ D[11] ^ D[12] ^ D[15] ^ D[18] ^ D[20] ^ D[21] ^ D[22];
    ECC[1] = D[0] ^ D[1] ^ D[3] ^ D[4] ^ D[6] ^ D[8] ^ D[10] ^ D[12] ^ D[14] ^ D[17] ^ D[20] ^ D[21] ^ D[22] ^ D[23];
    ECC[0] = D[0] ^ D[1] ^ D[2] ^ D[4] ^ D[5] ^ D[7] ^ D[10] ^ D[11] ^ D[13] ^ D[16] ^ D[20] ^ D[21] ^ D[22] ^ D[23];

    return ECC[7] << 7 | ECC[6] << 6 | ECC[5] << 5 | ECC[4] << 4 | ECC[3] << 3 | ECC[2] << 2 | ECC[1] << 1 | ECC[0];
}

表1 Data Type（DT）数据类型表示

Data Type	Description
0x00	Frane Start Code
0x01	Frane End Code
0x02	Line Start Code(Optional)
0x03	Line EndCode(Optional)
0x04~007	Reserved
3.2 长帧

• 长包格式：一个长包由32位（4Byte）的包头，N字节的数据域，和16位的CRC构
• 包头格式：包头由8位数据标志符（DI）+ 16位计数值（WC）+ 8位错误检测（ECC）构成；
• 数据标志符DI：由2位虚拟通道号+6位数据类型构成，CSI2可以通过不同的虚拟通道
号和数据类型来标志不同的数据流，比如JPEG数据流中穿插着YUV
缩略图数据流；
• 16位计数值WC：为长包里面数据域（图像数据）的字节数N；
• 8位ECC：允许包头中前24位（8位数据标志符+16位计数值）在传输过程中两位出错
被发现、一位错误被纠正；
• 16位CRC:16bit的循环沉余校验码，可以指示收到的该包数据在传输过程中是否出错；
• 每个字节都是低位先传，多字节元素（16位计数值、 16位CRC）也是低字节低位先传。

表2：主机发送命令中DT物理意义

表3：从机返回命令中DT物理意义

4. 包传输方式

具体数据流传输举例：
EntryES => LPDT(0x87) => SP（0x03：设置返回包长度)）=> SP（0x06：DCS读命令） => ExitES => EntryTA => EntryES => LPDT(0x87) => LgP（0x1C：DCS长读命令，应答） => ExitES => EntryTA => EntryES => LPDT(0x87) => SP（0x23：普通写命令）=> ExitES => EntryES => LPDT(0x87) => LgP（0x29：普通长写命命） => ExitES。

5. MIPI通信实例实测
本实例使用 Kingst LA5016 usb 逻辑分析仪侦测MIPI的数据通讯。LA5016的MIPI解析模块，不仅可以解析CAN FD协议，同时也兼容CAN协议解析，以下几图是一个完整的数据包分析截图。从图中可以看到，CAN FD协议可以区分CAN FD及CAN协议，CAN FD协议将协议数据分析为 ID（协议id号）, ExternId（扩展id）， DLC（数据长度），Data（传输数据）， StuffCount，CRC， ACK/NAK 。

协议解析参数设置：

下图是一个完整的数据包解析，首先发起进入Escape请求，然后发送8bitsCode数据，标识当前状态，然后发送短帧数据，8bits ID， 16bits Data，及 8bits ECC，最后发送退出Escape请求，至此数据包传送完毕。
PN：10， 代表逻辑1，
PN：01， 代表逻辑0，
PN：00 或 11， 无效。

如下图所示，根据DI的低6位（Data Type，DT），可以解析出本次命令的物理意义。


参考资料：
(1) MIPI-D-PHY-Specification-v01-00-00.pdf
(2) Mipi-DSI-specification-v1-3.pdf
(3) MIPI-DSI协议归纳整理.pdf

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