MIPI DPHY 接口的若干种实现方案概述 一、 MIPI DPHY 接口简介 MIPI DPHY 是 MIPI 的一种物理层，其协议层有 CSI 和 DSI 两种，其中 CSI 主要用于图像接入，如图像传感器 Sensor ； DSI 主要用于图像输出，如手机屏幕等。 有关 MIPI DPHY 及 CSI 和 DSI 的技术背景可以 Google ，技术细节也可以参阅对应的标准文档（标准可扫描二维码添加公众号或 QQ 群获取）。这里主要介绍以下几个关键点： （ 1 ） MIPI DPHY 的是源同步系统，由发送端输出时钟； （ 2 ） MIPI DPHY 分为低速（ LP ）和全速（ HS ）两种传输状态，其中低速模式下不强制要求输出时钟且电平标准不一样； （ 3 ） MIPI DPHY 在 LP 状态下输出电平是 LVCMOS 1.2V ，在 HS 状态输出电平为 SLVS 。 MIPI DPHY 物理层的以上三个关键的特性，就意味着实现它具有一定特殊性，下面就实现方案一一道来。 二、 MIPI DPHY RX 实现 DPHY RX 包括 CSI 和 DSI 两种协议。 MIPI CSI 常用于图像传感器 Sensor 接入（实际上几乎所有的消费级 CMOS Sensor 的输出接口都是 MIPI ），其中最广泛的要数手机摄像头了。 MIPI DSI 主要用于显示，其中手机屏幕、 PAD 之类的消费级产品几乎都是，其中 DSI 的 RX 一般是在屏端，有专门的 ASIC 直接实现或转成 LVDS ，这样的芯片有 ICN6201 、 ZA7783 、 SSD2130 、 SSD2212 等专门芯片，这里不展开介绍。主要是对 MIPI DPHY CSI 接收的几种实现方案展开说明。 （ 1 ）实现方案一 采用带 MIPI （ DPHY RX ）接口的专门处理器（ SoC ）。 这方面手机就是典型的例子，无论是高通、华为还是三星，它的手机 SoC 一定支持 MIPI DPHY 接口，最新的还支持 CPHY （一种内嵌时钟的 3 线 /Tri 的传输方式）。使用专门处理的实现方式咱们不细说了，这个地球人都了解。 （ 2 ）实现方案二 采用专门的接口转换芯片。 对不能直接支持 MIPI DPHY 接口的处理平台又必须接入 MIPI 的，往往会考虑采用专门的接口转换芯片，如 TOSHIBA 的 TC358746AXBG 和 TC358748XBG 系列，前者实现从 MIPI CSI 到 24bit 并行数据的转换，后者实现 24bit 并行数据到 MIPI CSI 的转换。这样，接口的实现方案就变成如下图 1 所示了。 图 1 MIPI CSI 和并口互转方案示例 （ 3 ）实现方案三 使用 FPGA 。 在很多情况下，需要 FPGA 来实现一些定制化的需求。使用 FPGA 的方案，大约归纳起来有三种： a ）采用带支持 MIPI_DPHY_DCI IO standard 的通用 FPGA 目前熊猫君了解到的可以直接支持 MIPI_DPHY_DCI 电平标准的 FPGA 仅有 Xilinx 的 UltraScale 系列和 UltraScale+ 系列的直接支持（ HP BANK Only ）， IO 结构如图 2 。不过呢，这两个系列的 FPGA 是 Xilinx 的最新的高端器件架构，价格可是不菲。 图 2 UltraScale(+) MIPI DPHY DCI IO 结构 b ）采用低成本专用 FPGA 说起专用 MIPI 接口 FPGA ， Lattice 应该是典范，他们家有一个专门的 CrossLink 系列支持 MIPI DPHY CSI 和 DSI ，请看下表 1 。 表 1 Lattice CrossLink 系列器件列表 从表 1 可以看出，该系列 FPGA 的逻辑量均为 5936 个 LUT ，支持 1~2 个 4Lane MIPI 通道，小封装低功耗，非常适合做 MIPI 到并口之间或 MIPI 到 LVDS 之间的接口转换，实现思路如图 3 所示。 图 3 CrossLink 器件实现架构 c ）电平转换 LVDS 后接入 FPGA FPGA 接入的第三种方法就是通过将 SLVS 电平转换到 LVDS 接入 FPGA ，这种方案不挑 FPGA ，只要支持 LVDS 且 IO 速率够，逻辑量够用就行。针对不同的速率，一般有两种做法： 第一种做法： 采用电阻网络进行电平转换。 这种方法主要针对单 Lane 通道速率在 800Mbps 以下的情况，电阻匹配网络的设计如下图 4 所示。 图 4 MIPI DPHY 电阻匹配网络接收方案 第二种做法： 使用专门 ASSP 芯片转换到 LVDS 。 使用专门 ASSP 进行转换主要针对单 Lane 速率在 800Mbps 以上的情况，目的是为了确保信号完整性，确保在高速率下的眼图质量。当然，这种方法也不挑 FPGA ，用哪家的都行，只要支持 LVDS 且 IO 速率够，逻辑量够用就可以了。国外有一家公司专门做这种 MIPI DPHY 转 LVDS 的 ASSP 芯片（ MC20001 ），实现方案如下图 5 所示，这种方案可以支持到 2Gbps/Lane 速率以上，只要 FPGA 的 IO 速率够用。 图 5 使用 MC20001 转换 ASSP 接收方案 以上就是对 MIPI CSI 几种实现办法的简单总结。 三、 MIPI DPHY TX 实现 MIPI DPHY TX 实现方案跟 MIPI DPHY RX 一样，也是分成三大类：① 采用带 MIPI （ DPHY TX ）接口的专门处理器（ SoC ）、② 采用专门的接口转换芯片、③使用 FPGA 。第①项不再赘述，仅就②③项与 MIPI DPHY RX 的实现差异部分做描述。 （ 1 ）采用专门的接口转换芯片 MIPI DPHY TX 专门的并口（ DPI ）转 MIPI 的片子很多，比如支持 DSI 协议的有晶门科技，就是专门从事此类显示相关桥片的设计（如 SSD2828 ）；还有前面提到的 TOSHIBA ，也提供并口到 MIPI CSI 的互转。 （ 2 ）使用 FPGA 使用 FPGA 还是三种种选择，一种是使用支持 MIPI DPHY 标准的 UltraScale （ + ）器件，一种是使用 Lattie 的专用 CrossLink 系列器件（参照前文），一种是使用通用 FPGA 。使用通用 FPGA 也是一样，可以使用电阻网络进行电平的转换或使用专用的 ASSP 芯片，对速率适配的条件也是一样，下图 6 是使用通用 FPGA 的实现方案。 图 6 使用通用 FPGA 实现 MIPI DPHY TX 方案。 以上是对实现 MIPI DPHY 的若干种方案描述，希望能对有需求的同行们起到抛转引玉的作用，其中有不对之处，请不吝赐教。有关技术方面的探讨，欢迎加入 QQ 群或微信公众号讨论交流。
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