MIPI协议介绍
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MIPI联盟，即移动产业处理器接口（Mobile Industry Processor Interface 简称MIPI）联盟，MIPI（移动产业处理器接口）是MIPI联盟发起的为移动应用处理器制定的开放标准和一个规范
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MIPI联盟定义了一套接口标准，把移动设备内部的接口如摄像头，显示屏，基带和射频接口等标准化，从而增加设计灵活性，同时增加设计灵活性，同时降低成本、设计复杂的、功耗和EMI
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传感器和处理器之间的接口标准有很多，比如 UART协议，I2C，I2S，SPI和SDIO等，同时也出现了各种摄像头传感器和显示器相关的并行接口，多种不同的接口标准导致了设计时的混乱，由此同时，如果要采用并行接口，通常摄像头传感器要涉及10路以上的信号，而显示器可能多达20路，这么多的信号可能导致传输拥塞，而并行接口在费用，大小，重量，每一路信号的可靠性上都没有优势
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MIPI不是单一的接口或者协议，而是包含了一套协议和标准，以满足各种子系统（图形子系统，存储子系统，无线子系统，电源管理子系统，低带宽子系统[ 音频，键盘，鼠标，蓝牙]）独特的要求，传统接口一般都与多个物理层相关，与此不同的是，MIPI 接口只需要连接到 D-PHY 或者 M-PHY 两个物理层之上
MIPI.png
MIPI 协议主要分为三层：应用层，协议层和物理层，应用于摄像头，显示器等设备的接口，这里重点介绍摄像头接口CSI（ Camera Serial Interface）显示接口 DSI（Display Serial Interface）
CSI概述
CSI 协议分为三层：
- 应用层（Application Layer)，主要描述了上层数据流中的数据编码和解析，CSI-2 规范中规定了像素到字节的映射关系（Mapping pixel value to bytes）
- 协议层（Protocol Layer)，包含了几个不同的子层，每个子层都有各个明确的职责，主要包括：
像素/字节打包/解包层 （Pixel/Byte Packing/UnpackingLayer）LowLevelProtocol Layer(LLP)，通道管理层（LaneManagement）层 -
物理层（PHYLayer)，定义了传输介质，输入输出信号的电气特性和时钟机制，即如何从串行位流中获取 “0” 和 “1”信号，规范中这一部分记录了传输介质的特性，并依据时钟和数据通道之间发信号和产生时钟的关系规定了电学参数
MIPI_CSI.png
物理层协议D-PHY
Lane模块
Lane的原意是航道，我们可以理解为在两个不同芯片之间完成信息传输的通道，这是 MIPI 里面的基本信息传输单元，两块使用 MIPI 连接的芯片，中间使用差分信号对进行传输，收发端各有一个Lane模块，完成数据收发
Lane 模块，加上中间的连线，组成了完整的数据传输通道，在复杂的通信协议的物理层里面，我们就不能像理解简单协议那样，只看到在两个收发双方之间的连线，而是要更加关注收发芯片里面负责收发的模块，这是整个协议物理层核心
Lane原理图.png
Universal Lane里面有一对高速收发器（HS-TX、HS-RX）、一对低功耗（Low Power）收发器（LP-RX、LP-TX）、低功耗竞争检测器（LP-CD）和 Lane 的控制逻辑组成，其他类型的 lane 都是在这个基础做一定的简化，比如单向数据传输通道就只有接收器或者发送器，再比如时钟 Lane 也是只有接收器或者发送器，时钟也是一种Lane
D-PHY参数
D-PHY支持三种不同类型的数据通道：单向时钟通道，单向数据通道和双向数据通道
D-PHY采用一个源同步的差分时钟和 1~4 对差分数据线进行数据传输，数据传输采用DDR方式，即在时钟的上下边沿都有数据传输
D-PHY.png
由于Lane有高速和低功耗两种收发器，所以D-PHY的物理层支持HS（High Speed）和LP（Low Power）两种工作模式，HS 模式下采用低压差分信号，功耗较大，但是可以传输很高的数据速率（数据速率为 80M ~ 1Gbps），支持100mV到300mV的电压范围，LP模式下采用单端信号，数据速率很低（< 10Mbps），但是相应的功耗也很低，支持 0~1.2V的信号电平；两种模式的结合保证了MIPI总线在传输大量数据（如图像）时可以高速传输，而在不需要大数据传输时有能够减少功耗
HS和LP模式下的电平定义：
HS和LP模式下的电平定义.png
重点关注：
- IC的供电电压在 1.2V~3.3V之间，HS 模式下中心电平为200mv，高低电平的波动为 200mv
- LP模式下的触发电平为1.2V，存在最高LP-RX电平和最低LP-RX电平的定义
D-PHY物理层参数：
D-PHY物理层参数.png
这里关注 D-PHY v1.2的技术参数：
- 使用了 DDR Source-Sync Clock
- 最低配置要求是4pin，2pin用于传输差分时钟，2pin用于传输数据
- LP模式下峰值的差分电压为1300mv，HS模式下峰值差分电压为360mv
- HS模式下每个通道的速率为 80Mbps ~ 2.5Gbps，LS模式下每个通道速率小于10Mbps
- 典型的配置是 10pin，包含4个差分传输的数据通道和1个差分传输的时钟通道
D-PHY的操作模式
数据Lane的三种操作模式，在高速传输的时候叫 Burst Mode，在低功耗模式下有Control mode和Escape mode，在正常的操作时，数据通道处于高速模式或者控制模式
Lane的各个模式列举如下表：
Lane下各个模式.png
高速模式（Burst Mode）
高速模式最主要的模式，用来传输图像。在高速模式下，通道状态是差分的0或者1，也就是信号线对内P比N高时，定义为1，P比N低时，定义为0，此时典型的线上电压为差分200MV，下面展示了Burst模式下的传输时序
burst模式传输时序.png
可以看到一个完整的 Burst Mode 会先经历 LP-01，LP-00状态，最后通过 LP-11状态结束
控制模式（Control mode）
在控制模式下，高电平典型幅值为1.2V，此时P和N上的信号不是差分信号而是相互独立的，当P为1.2V，N也为1.2V时，MIPI协议定义状态为LP11，同理，当P为1.2V，N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协议规定控制模式4个不同状态组成的不同时序代表着将要进入或者退出高速模式等；比如LP11-LP01-LP00序列后，进入高速模式
逃避模式（Escape mode）
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(超低功耗状态)，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
Lane各个模式状态转换图：
Lane_RX模式.png
Lane_TX模式.png
CSI-2 协议层
CSI-2 协议层允许多数据流（CSI-2 TX）共用一个主机处理器端 （CSI-2 RX）接口，协议层用于描述有多少数据流被标志并组合在了一起，指定了多数据流怎样被标记个交叉存取
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像素/字节打包/解包层
CSI-2 支持多种像素格式图像应用，包括从 6 bit 到 24 bit位每个像素的格式，数据从本层被发送到LLP层（Low Level Protocol）前，本层将应用层传来的数据由像素打包成字节数据，在接收端，指向相反的过程；将LLP层发来的数据解包，由字节转换成像素，然后再发送到应用层，8位每像素数据在本层传输时不会被改变 -
LLP（Low Level Protocol）层
LLP 层包括，为串行数据从传输（SOT）开始到传输结束(EOT)之间传输事件和传输数据到下一层，建立位级和字节级同步的方法，LLP最小的粒度是一字节 -
通道管理层（Lane Management）
为了性能的不断提升，CSI-2 的通道是可以扩展的，通道的数目可以是1~4，这个依赖于应用中的带宽需求，数据在协议层是以数据包的形式存在，在接口发送端，添加包头和可选择的错误校验信息，一起以数据包的形式通过LLP层来传输数据；在接收端，LLP层将包头剥离，由接收者按照相应逻辑解析数据包，得到有效数据。错误校验信息可以用来检测收到的数据完整性
MIPI-DSI
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(DisplaySerialInterface) 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(CameraSerialInterface) 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 的分层结构
DSI 分为四层，对应D-PHY，DSI和DCS规范，分层结构如下：
- PHY 定义了传输媒介，输入/输出电路，时钟和信号机制
- Lane ManageMent层，发送和接收数据到每条Lane
- Low Level Protocol：定义如何组帧，解析以及错误检测等
- Application 层：描述高层编码和解析数据流
DSI_层级结构.png
Command 模式和Video 模式
DSI兼容的外设支持Command或Video操作模式，用哪个模式由外设的构架决定
Command模式是指采用发送命令和数据到具有显示缓存的控制器,主机通过命令间接的控制外设,Command模式采用双向接口
Video模式是指从主机传输到外设采用时实象素流,这种模式只能以高速传输,为减少复杂性和节约成本，只采用Video模式的系统可能只有一个单向数据路径
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