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  • MIPI DSI协议介绍

    此文根据网上的资料翻译和整理而来

    一、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。

    已经完成和正在计划中的规范如下:

    二、MIPI联盟的MIPI DSI规范

    1、名词解释

    • 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
     2、DSI分层结构

    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。

    3、Command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

     三、D-PHY介绍

    1、 D-PHY 描述了一同步、高速、低功耗、低代价的PHY。

    • 一个 PHY配置包括
      •  一个时钟lane
      •  一个或多个数据lane
    • 两个Lane的 PHY配置如下图
    • 三个主要的lane的类型
      • 单向时钟Lane
      • 单向数据Lane
      • 双向数据Lane
    • D-PHY的传输模式
      • 低功耗(Low-Power)信号模式(用于控制):10MHz (max)
      • 高速(High-Speed)信号模式(用于高速数据传输):80Mbps ~ 1Gbps/Lane
    • D-PHY低层协议规定最小数据单位是一个字节
      • 发送数据时必须低位在前,高位在后.
    • D-PHY适用于移动应用
      • DSI:显示串行接口
         • 一个时钟lane,一个或多个数据lane 
      • CSI:摄像串行接口
    2、Lane模块
    • PHY由D-PHY(Lane模块)组成
    • D-PHY可能包含:
      • 低功耗发送器(LP-TX) 
      • 低功耗接收器(LP-RX)
      • 高速发送器(HS-TX)  
      • 高速接收器(HS-RX)
      • 低功耗竞争检测器(LP-CD)
    • 三个主要lane类型
      • 单向时钟Lane
        • Master:HS-TX, LP-TX
        • Slave:HS-RX, LP-RX
      • 单向数据Lane
        • Master:HS-TX, LP-TX
        • Slave:HS-RX, LP-RX
      • 双向数据Lane
        • Master, Slave:HS-TX, LP-TX, HS-RX, LP-RX, LP-CD
    3、Lane状态和电压
      • Lane状态 
        • LP-00, LP-01, LP-10, LP-11 (单端)
        • HS-0, HS-1 (差分)
      • Lane电压(典型) 
        • LP:0-1.2V
        • HS:100-300mV (200mV)
    4、操作模式 
      • 数据Lane的三种操作模式 
        • Escape mode, High-Speed(Burst) mode, Control mode
      •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)
      • 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
        • Escape mode 使用Spaced-One-Hot Encoding
      •超低功耗状态(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
      • 高速数据传输
        •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
      • 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
      • 状态转换关系图
     
     

    四、DSI介绍
    1、DSI是一种Lane可扩展的接口,1个时钟Lane/1-4个数据Lane
      • DSI兼容的外设支持1个或2个基本的操作模式:
        • Command Mode(类似于MPU接口)
        • Video Mode(类似于RGB接口)- 必须用高速模式传输数据,支持3种格式的数据传输
        •  Non-Burst 同步脉冲模式
         • Non-Burst 同步事件模式
         • Burst模式
      • 传输模式:
        • 高速信号模式(High-Speed signaling mode)
        • 低功耗信号模式(Low-Power signaling mode) - 只使用数据lane 0(时钟是由DP,DN异或而来)。
      • 帧类型
        • 短帧:4 bytes (固定)
        • 长帧:6~65541 bytes (可变)  

    • 两个数据Lane高速传输示例

    2、短帧结构
      • 帧头部(4个字节)
        • 数据标识(DI) 1个字节
        • 帧数据- 2个字节 (长度固定为2个字节)
        • 错误检测(ECC) 1个字节
      • 帧大小
        • 长度固定为4个字节
    3、长帧结构
      • 帧头部(4个字节)
        • 数据标识(DI) 1个字节
        • 数据计数- 2个字节 (数据填充的个数)
        • 错误检测(ECC) 1个字节
      •数据填充(0~65535 字节)
        • 长度=WC*字节
      • 帧尾:校验和(2个字节)
      • 帧大小:
        • 4 + (0~65535) + 2 = 6 ~ 65541 字节

    4、帧数据类型

    五、MIPI DSI信号测量实例

     1、MIPI DSI在Low Power模式下的信号测量图

      

    2、MIPI的D-PHY和DSI的传输方式和操作模式

     • D-PHY和DSI的传输模式
       • 低功耗(Low-Power)信号模式(用于控制):10MHz (max)
       • 高速(High-Speed)信号模式(用于高速数据传输):80Mbps ~ 1Gbps/Lane
     • D-PHY的操作模式
       • Escape mode, High-Speed(Burst) mode, Control mode
     • DSI的操作模式
       • Command Mode(类似于MPU接口)
       • Video Mode(类似于RGB接口)- 必须用高速模式传输数据
    3、小结论
     • 传输模式和操作模式是不同的概念
     • Video Mode操作模式下必须使用High-Speed的传输模式
     • Command Mode操作模式并没有规定使用High-Speed或Low Power的传输模式,或者说
     • 即使外部LCD模组为Video Mode,但通常在LCD模组初始化时还是使用Command Mode模式来读写寄存器,因为在低速下数据不容易出错并且容易测量。
     • Video Mode当然也可以用High-Speed的方式来发送指令,Command Mode操作模式也可以使用High-Speed,只是没有必要这么做
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