MIPI DPHY接口的若干種實現(xiàn)方案概述

                                                                   作者：Hello，Panda

一、MIPI DPHY接口簡介

    MIPI  DPHY是MIPI的一種物理層，其協(xié)議層有CSI和DSI兩種，其中CSI主要用于圖像接入，如圖像傳感器Sensor；DSI主要用于圖像輸出，如手機屏幕等。

    有關(guān)MIPI DPHY及CSI和DSI的技術(shù)背景可以Google，技術(shù)細(xì)節(jié)也可以參閱對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)文檔（標(biāo)準(zhǔn)可掃描二維碼添加公眾號或QQ群獲?。?。這里主要介紹以下幾個關(guān)鍵點：

    （1）MIPI DPHY的是源同步系統(tǒng)，由發(fā)送端輸出時鐘；

    （2）MIPI DPHY分為低速（LP）和全速（HS）兩種傳輸狀態(tài)，其中低速模式下不強制要求輸出時鐘且電平標(biāo)準(zhǔn)不一樣；

    （3）MIPI DPHY在LP狀態(tài)下輸出電平是LVCMOS 1.2V，在HS狀態(tài)輸出電平為SLVS。

     MIPI DPHY物理層的以上三個關(guān)鍵的特性，就意味著實現(xiàn)它具有一定特殊性，下面就實現(xiàn)方案一一道來。

二、MIPI DPHY RX實現(xiàn)

     DPHY RX包括CSI和DSI兩種協(xié)議。MIPI CSI常用于圖像傳感器Sensor接入（實際上幾乎所有的消費級CMOS Sensor的輸出接口都是MIPI），其中最廣泛的要數(shù)手機攝像頭了。MIPI DSI主要用于顯示，其中手機屏幕、PAD之類的消費級產(chǎn)品幾乎都是，其中DSI的RX一般是在屏端，有專門的ASIC直接實現(xiàn)或轉(zhuǎn)成LVDS，這樣的芯片有ICN6201、ZA7783、SSD2130、SSD2212等專門芯片，這里不展開介紹。主要是對MIPI DPHY CSI接收的幾種實現(xiàn)方案展開說明。

   （1）實現(xiàn)方案一

采用帶MIPI （DPHY RX）接口的專門處理器（SoC）。這方面手機就是典型的例子，無論是高通、華為還是三星，它的手機SoC一定支持MIPI DPHY接口，最新的還支持CPHY（一種內(nèi)嵌時鐘的3線/Tri的傳輸方式）。使用專門處理的實現(xiàn)方式咱們不細(xì)說了，這個地球人都了解。

   （2）實現(xiàn)方案二

    采用專門的接口轉(zhuǎn)換芯片。對不能直接支持MIPI DPHY接口的處理平臺又必須接入MIPI的，往往會考慮采用專門的接口轉(zhuǎn)換芯片，如TOSHIBA的TC358746AXBG和TC358748XBG系列，前者實現(xiàn)從MIPI CSI到24bit并行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，后者實現(xiàn)24bit并行數(shù)據(jù)到MIPI CSI的轉(zhuǎn)換。這樣，接口的實現(xiàn)方案就變成如下圖1所示了。

圖1  MIPI CSI和并口互轉(zhuǎn)方案示例

    （3）實現(xiàn)方案三

     使用FPGA。在很多情況下，需要FPGA來實現(xiàn)一些定制化的需求。使用FPGA的方案，大約歸納起來有三種：

     a）采用帶支持MIPI_DPHY_DCI IO standard的通用FPGA

     目前熊貓君了解到的可以直接支持MIPI_DPHY_DCI電平標(biāo)準(zhǔn)的FPGA僅有Xilinx的UltraScale系列和UltraScale+系列的直接支持（HP BANK Only），IO結(jié)構(gòu)如圖2。不過呢，這兩個系列的FPGA是Xilinx的最新的高端器件架構(gòu)，價格可是不菲。

圖2 UltraScale(+) MIPI DPHY DCI IO結(jié)構(gòu)

      b）采用低成本專用FPGA

 說起專用MIPI接口FPGA，Lattice應(yīng)該是典范，他們家有一個專門的CrossLink系列支持MIPI DPHY CSI和DSI，請看下表1。

表1 Lattice CrossLink系列器件列表

 從表1可以看出，該系列FPGA的邏輯量均為5936個LUT，支持1~2個4Lane MIPI通道，小封裝低功耗，非常適合做MIPI到并口之間或MIPI到LVDS之間的接口轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)思路如圖3所示。

圖3 CrossLink器件實現(xiàn)架構(gòu)

c）電平轉(zhuǎn)換LVDS后接入FPGA

FPGA接入的第三種方法就是通過將SLVS電平轉(zhuǎn)換到LVDS接入FPGA，這種方案不挑FPGA，只要支持LVDS且IO速率夠，邏輯量夠用就行。針對不同的速率，一般有兩種做法：

第一種做法：采用電阻網(wǎng)絡(luò)進行電平轉(zhuǎn)換。

這種方法主要針對單Lane通道速率在800Mbps以下的情況，電阻匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計如下圖4所示。

圖4 MIPI DPHY電阻匹配網(wǎng)絡(luò)接收方案

第二種做法：使用專門ASSP芯片轉(zhuǎn)換到LVDS。

使用專門ASSP進行轉(zhuǎn)換主要針對單Lane速率在800Mbps以上的情況，目的是為了確保信號完整性，確保在高速率下的眼圖質(zhì)量。當(dāng)然，這種方法也不挑FPGA，用哪家的都行，只要支持LVDS且IO速率夠，邏輯量夠用就可以了。國外有一家公司專門做這種MIPI DPHY轉(zhuǎn)LVDS的ASSP芯片（MC20001），實現(xiàn)方案如下圖5所示，這種方案可以支持到2Gbps/Lane速率以上，只要FPGA的IO速率夠用。

圖5 使用MC20001轉(zhuǎn)換ASSP接收方案

以上就是對MIPI CSI幾種實現(xiàn)辦法的簡單總結(jié)。

三、MIPI DPHY TX實現(xiàn)

MIPI DPHY TX實現(xiàn)方案跟MIPI DPHY RX一樣，也是分成三大類：①采用帶MIPI （DPHY TX）接口的專門處理器（SoC）、②采用專門的接口轉(zhuǎn)換芯片、③使用FPGA。第①項不再贅述，僅就②③項與MIPI DPHY RX的實現(xiàn)差異部分做描述。

（1）采用專門的接口轉(zhuǎn)換芯片

MIPI DPHY TX專門的并口（DPI）轉(zhuǎn)MIPI的片子很多，比如支持DSI協(xié)議的有晶門科技，就是專門從事此類顯示相關(guān)橋片的設(shè)計（如SSD2828）；還有前面提到的TOSHIBA，也提供并口到MIPI CSI的互轉(zhuǎn)。

（2）使用FPGA

使用FPGA還是三種種選擇，一種是使用支持MIPI DPHY標(biāo)準(zhǔn)的UltraScale（+）器件，一種是使用Lattie的專用CrossLink系列器件（參照前文），一種是使用通用FPGA。使用通用FPGA也是一樣，可以使用電阻網(wǎng)絡(luò)進行電平的轉(zhuǎn)換或使用專用的ASSP芯片，對速率適配的條件也是一樣，下圖6是使用通用FPGA的實現(xiàn)方案。

圖6 使用通用FPGA實現(xiàn)MIPI DPHY TX方案。

以上是對實現(xiàn)MIPI DPHY的若干種方案描述，希望能對有需求的同行們起到拋轉(zhuǎn)引玉的作用，其中有不對之處，請不吝賜教。有關(guān)技術(shù)方面的探討，歡迎加入QQ群或微信公眾號討論交流。