MIPI-CPHY、DPHY和MPHY基本介绍
1.基本概念
在MIPI目前公布的协议中,有3类基于摄像头的接口,一个是前几年大行其道的D-PHY接口,一个是C-PHY接口,还有一个是M-PHY接口。
D-PHY接口一般是1/2/4 Lane,每个Lane走差分线对,是电流驱动型,单信号幅度一般是200mv,线对差分的幅度在400mv左右,布线要求是等长且成双成对,
D-PHY是有单独的同步时钟来进行同步,最多是10根线,但解码接收要容易些;
而C-PHY接口是1/2/3 Trio,每个Trio走3根线,最高是9根线,比D-PHY要少一根,且要传输的数据量大一些,
在同样是2.5G的速率下,C-PHY可以达到17.1G,而D-PHY只有10G。
C-PHY是电压驱动型,由于是两两相差,信号幅度绝对值分别是0,100,200mv,信号较弱,不利于传输。
没有单独的同步信号线,必须要求传输距离短,不能走差分线对。
而M-PHY呢,类似于USB,完全是异步传输,目前没有对应的sensor上市,所以今天不做过多的介绍了
2. DPHY和CPHY接口协议比较
MIPI是移动领域最主流的视频传输接口规范,没有之一,目前应用最广泛的是MIPI DPHY和MIPI CPHY两组协议簇(另外还有MIPI MPHY,属于高速Serdes范畴,应用不那么广泛),其中CSI-2主要用于图像接入(一般是接Sensor),DSI-2主要用于图像输出(一般是输出到显示屏)。
本文主要以CSI-2为例进行仔细说明,DSI-2雷同,举一反三即可。
1.接口协议比较
关于MIPI DPHY和MIPI CPHY的详细物理层协议和CSI-2/DSI-2协议咱们自己下载官方英文版细细品读即可,这里主要讲关键点。
1.1物理层
开局一张图(见下图1),内容是干货,MIPI CPHY和DPHY物理层之间的差异全在这张图里面了。
图1 MIPI DPHY和CPHY物理层直观比较图
从图1可以看出,最直观的差异是DPHY是源同步系统,有专门的同步时钟通道,但是CPHY没有同步时钟,时钟是嵌入到数据中的。显然的,实现嵌入时钟的目的是为了增加带宽,肯定会涉及到编码,物理层的结构必然是完全不同,单从线路上看,CPHY是一个A/B/C三线系统
MIPI DPHY的物理层,咱们大家都很清楚,一对时钟,几对数据,接收端根据时钟边沿采样数据,找到0xB8的同步头,物理层实现就算是齐活了,但MIPI CPHY不同,因为它不传输时钟,那么要接收CPHY的数据,必须先恢复时钟,然后再用恢复的时钟采样数据并寻找同步头,最后还需要进行数据解码恢复出最初的发送的内容(发送端的过程相反)。
那么,CPHY物理层到底是怎么实现嵌入时钟这一关键步骤的呢?请看下图2和图3。
图2 CPHY“线态”变化图
图3 CPHY接口等效电路图
结合图2和图3,CPHY物理链路(A/B/C线)上传输的是不同的电平,通过A-B,B-C,C-A的电平运算,恢复出+x,-x,+y,-y,+z,-z六种不同的线态,通过前后线态的旋转方向,相位和极性恢复出编码符号,再通过连续7组符号解码出16bit的数据,整个过程见下图4。
图4 数据恢复过程图
为何要选择这比DPHY复杂多的物理层呢?一切都是为了提升带宽,从图2可以看出,某种线态的可能有5种不同的变化,那么它每个符号可编码的数据为log2(5) = 2.3219,理论带宽为DPHY的2.3219倍,每16bit数据编码成7个符号,带宽优势明显。
1.2 CSI-2层
MIPI CPHY和MIPI DPHY的CSI-2层协议大致相同,细节上的差异如下:
DPHY以Byte为单位进行数据组织;CPHY以16bit Word为单位进行数据组织;
DPHY 的短帧和长帧的帧头信息与数据的组织方式相同;CPHY则是固定每个通道为6×16bit的帧头信息(短帧信息),见下图5。
图5 CPHY CSI-2数据组织
因此,在CSI-2解包逻辑尚无法完全共用。
2. FPGA实现
MIPI接口电平比较特殊,LP模式下为1.2V的LVCMOS电平,DPHY在HS模式下为SLVS-400电平,CPHY在HS模式下需要做电平减法运算。
2.1 硬件电路
就目前而言,直接支持MIPI DPHY的FPGA主要有Xilinx UltraScale+系列(1.5Gbps/Lane Max)Lattice Crosslink(1.5Gbps/Lane Max)及Lattice Crosslink NX(2.5Gbps/lane Max),其它型号的PFGA均需添加额外的电平转换电路将信号转换为LVDS。
(1) DPHY,低于800Mbps/lane速率,使用电阻网络即可;高速率的需选用专门的电平转换芯片,如MC20901、LT89101L等;
(2)CPHY,因为需要做减法运算,故可用专门的告诉比较器(或Repeater),结果以LVDS电平输出。
2.2逻辑实现
逻辑实现的差异主要在物理层,CPHY和DPHY完全不同。
2.2.1 MIPI DPHY
MIPI DPHY属于源同步系统,转换为LVDS电平后就是一个通用的ISERDES逻辑,主要是时钟方案有两种考虑:
第一种:使用PLL、MMCM或DLL,此种方案对PLL的锁定时间有较高的要求,通常要求us级才能保证在时钟不连续模式下正常锁定,当然具有专用DPHY逻辑的器件有专门的PLL电路实现。这种方案的好处是不易受时钟毛刺的影响,接收较为稳定。
第二种:在源同步时钟基础上使用专门的时钟buffer分频(如Xilinx 7系列的BUFR),这种方案可适应任意速率,不需要预先设定速率来配置锁相环电路,缺点是易受时钟毛刺影响,出错率稍高。
2.2.2 MIPI CPHY
MIPI CPHY的难点是时钟恢复,在FPGA系统中,没有针对MIPI CPHY的专用时钟恢复电路(CDR),因此,需要充分利用CPHY的线态编码均衡和FPGA可编程延时电路的特点来实现CDR,这种方案理论上要求FPGA内部延时逻辑越精确越好,LUT时钟性能越高越好,这样会把时钟恢复误码和抖动降到最低。时钟恢复完成后,线态解码、符号解码和数据恢复流程见图4。
总之,MIPI CPHY在MIPI DPHY的基础上成倍增加了带宽,减少了线对数量,在高速大靶面传感器和高分高刷新移动设备OLED应用上越来越普及。
3. 小结
有趣的地方来了,与D-PHY以0、1的电平表示编码不同,C-PHY用状态的跳转表示编码,如从-y跳转到-x,代表的是000。从000到100共5种状态转移方式,好比作“5进制”,7位“5进制”数,即可表示16 bits的数据(见下图),多余的编码甚至能留作日后他用。
C-PHY Mapping
因此,在1个周期内,D-PHY只能表示1bit(0或1)的数据,C-PHY却能表示16/7≌2.28bit的数据(16bit的数据需要7个周期),编码效率大大提升,因此数据的最大传输速率能达到D-PHY的约1.7倍!
D-PHY and C-PHY Comparison
D-PHY and C-PHY Comparison
当然缺点也是存在的,为了实现速率的提升,3-wire的定义使得硬件设计更加复杂,2-wire的PCB差分走线已足够使工程师头疼,更何况3-wire。
C-PHY Version vs Data Rate
/ {
cam_ircut0: cam_ircut {
status = "okay";
compatible = "rockchip,ircut";
ircut-open-gpios = <&gpio3 RK_PC1 GPIO_ACTIVE_HIGH>;
ircut-close-gpios = <&gpio3 RK_PC0 GPIO_ACTIVE_HIGH>;
rockchip,camera-module-index = <0>;
rockchip,camera-module-facing = "back";
};
};
//CSI Camera Port
&csi2_dcphy0 {
status = "okay";
ports {
#address-cells = <1>;
#size-cells = <0>;
port@0 {// rx port
reg = <0>;
#address-cells = <1>;
#size-cells = <0>;
mipi_in_ucam0: endpoint@1 {
reg = <1>;
remote-endpoint = <&imx415_out0>;
data-lanes = <1 2 3 4>;
};
};
port@1 {//tx port
reg = <1>;
#address-cells = <1>;
#size-cells = <0>;
csidcphy0_out: endpoint@0 {
reg = <0>;
remote-endpoint = <&mipi0_csi2_input>;
};
};
};
};
&csi2_dcphy0_hw {
status = "okay";
};
&i2c5 {
status = "okay";
imx415: imx415@1a {
compatible = "sony,imx415";
reg = <0x1a>;
clocks = <&cru CLK_MIPI_CAMARAOUT_M1>;
clock-names = "xvclk";
pinctrl-names = "default";
pinctrl-0 = <&mipim0_camera1_clk>;
power-domains = <&power RK3588_PD_VI>;
pwdn-gpios = <&gpio1 RK_PA0 GPIO_ACTIVE_HIGH>;
avdd-supply = <&vcc_mipidcphy0>;
rockchip,camera-module-index = <0>;
rockchip,camera-module-facing = "back";
rockchip,camera-module-name = "CMK-OT2022-PX1";
rockchip,camera-module-lens-name = "IR0147-50IRC-8M-F20";
lens-focus = <&cam_ircut0>;
port {
imx415_out0: endpoint {
remote-endpoint = <&mipi_in_ucam0>;
data-lanes = <1 2 3 4>;
};
};
};
};
摄像头配置设置,注意
1.pwdn pin设置上电;
2.I2C通信功能是否正常
3.port连接不同的CSI接口
原文链接:https://blog.csdn.net/haoxingheng/article/details/106223254
https://blog.csdn.net/jzwjzw19900922/article/details/104966454
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