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MIPI DPHY接口的若干种实现方案概述

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haoxingheng|  楼主 | 2019-8-23 14:17 | 显示全部楼层 |阅读模式
MIPI DPHY接口的若干种实现方案概述
                        作者:Hello,Panda
一、MIPIDPHY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。
     MIPIDPHY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、MIPIDPHY 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MIPICSI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。
并口转换方案.jpg
                              
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。
UltraScale DPHY IO.jpg
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 DPHYCSI和DSI,请看下表1。
Mipi Dphy laiitce.png
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。
lattice架构.png
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。
电阻匹配网络-收.jpg
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。
assp.jpg
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、MIPIDPHY 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MIPICSI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。
使用专门ASSP TX.jpg
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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zhangmangui| | 2019-8-23 22:02 | 显示全部楼层
学习一下   

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abin88| | 2019-9-11 10:57 | 显示全部楼层
不错,mark

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RGGBer| | 2019-10-3 12:20 | 显示全部楼层
MC20001的这家半导体公司还活着吗?网站好久没更新,芯片也很难买到,发邮件也没回复

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haoxingheng|  楼主 | 2019-10-14 20:40 | 显示全部楼层
RGGBer 发表于 2019-10-3 12:20
MC20001的这家半导体公司还活着吗?网站好久没更新,芯片也很难买到,发邮件也没回复 ...

应该还活着,可以买到片子,但是真心没有人支持!

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深圳闪电侠| | 2019-11-11 15:17 | 显示全部楼层
郝工

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haoxingheng|  楼主 | 2020-1-1 18:33 | 显示全部楼层

这是哪位同志?

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