Verständnis von MIPI-Schnittstelle, -Protokoll und -Standards: Ein umfassender Leitfaden

Es hat sich gezeigt, dass viele Fortschritte in der Entwicklung mobiler und elektronischer Geräte durch die Entwicklung von Konnektivitätsstandards erheblich erleichtert wurden. Von diesen ist die MIPI-Technologie (Mobile Industry Processor Interface) als Beitrag zur Leistung und Effizienz der Datenkommunikation zwischen den Komponenten zu nennen. Dieser spezielle Artikel soll ein tiefgreifendes Wissen über die MIPI-Schnittstelle, das Protokoll und die Standards und ihre bedeutende Rolle in der aktuellen Ära der Elektronik vermitteln.

1.Was ist MIPI?

MIPI (Mobile Industrial Processor Interface) ist eine Reihe standardisierter Schnittstellen, die von der MIPI Alliance für die Verbindung von Peripheriegeräten und Sensoren mit eingebetteten Prozessoren in mobilen Geräten entwickelt wurden. Die Schnittstelle ist stromsparend, schnell und flexibel konzipiert und eignet sich daher ideal für den Einsatz in mobilen Geräten wie Smartphones und Tablets. Es wurde entwickelt, um die Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung zwischen mobilen Geräten und elektronischen Gerätekomponenten zu erleichtern. Die MIPI Alliance wurde 2003 von Branchenführern gegründet, um offene Standards für Schnittstellen in mobilen und von Mobilgeräten betroffenen Branchen zu entwickeln und zu fördern.

2.Die MIPI-Schnittstelle verstehen

Eine Schnittstelle in der Elektronik ist eine gemeinsame Grenze, über die Informationen weitergegeben werden. Es gibt viele verschiedene Arten von MIPI-Schnittstellen, darunter MIPI-CSI2, MIPI D-PHY, MIPI C-PHY, MIPI M-PHY und MIPI I3C. Jede Schnittstelle hat einen spezifischen Zweck und unterschiedliche Eigenschaften in Bezug auf Datenrate, Stromverbrauch und Implementierung der physikalischen Schicht.

• MIPI CSI (Serielle Kameraschnittstelle): Wird für den Anschluss von Kamerasensoren an Prozessoren verwendet und ermöglicht so die Hochgeschwindigkeitsübertragung von Bilddaten.
• MIPI DSI (Serielle Schnittstelle anzeigen): Verbindet Displays mit Prozessoren und sorgt so für eine effiziente Kommunikation und eine hochwertige visuelle Ausgabe.
• MIPI C-PHY und D-PHY: Schnittstellen der physikalischen Schicht für die Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung. C-PHY verwendet eine dreiphasige Codierung, während D-PHY ein differentielles Signalisierungsverfahren verwendet.

Diese Schnittstellen sind bei Smartphones, Tablets und anderen tragbaren Geräten von entscheidender Bedeutung, bei denen Platz- und Energieeffizienz von größter Bedeutung sind.

2.1Erkundung des MIPI-Protokolls

MIPI-Protokoll regeln die Regeln für den Datenaustausch. Dasmipi-Das Protokoll beinhaltet:

• MIPI CSI-2(Serielle Schnittstelle der MIPI-Kamera):Ein weit verbreiteterMIPI-Steckverbinder Für Kamerakonnektivität, Unterstützung von hochauflösenden Bildsensoren und Videoanwendungen. Es sorgt für einen geringen Stromverbrauch und eine effiziente Datenübertragung.
• MIPI DSI-2(MIPI Display Serielle Schnittstelle): Es wurde für Display-Schnittstellen entwickelt, unterstützt hochauflösende Bildschirme und verbessert das visuelle Erlebnis mit geringer Latenz und hoher Bandbreite.

Das MIPI-Protokoll gewährleistet die Kompatibilität und Interoperabilität zwischen verschiedenen Komponenten und ermöglicht eine nahtlose Kommunikation und Funktionalität.

2.2MIPI-Normen

Standards sind entscheidend, um Konsistenz und Zuverlässigkeit zu gewährleisten. Zu den wichtigsten MIPI-Standards gehören:

• MIPI CSI-2: Definiert die Schnittstelle für Kameras, die eine Auflösung von bis zu 8K unterstützen.
• MIPI DSI-2: Gibt die Schnittstelle für Displays an, um hohe Bildwiederholfrequenzen und einen geringen Stromverbrauch zu gewährleisten.
• MIPI I3C: Eine Sensorschnittstelle der nächsten Generation, die im Vergleich zu I2C eine höhere Leistung und Energieeffizienz bietet.
• MIPI UniPro: Ein vielseitiger Standard für die Verbindung verschiedener Subsysteme innerhalb eines Geräts.

Die Einhaltung dieser Standards stellt sicher, dass Geräte effektiv kommunizieren können, was zu einer besseren Leistung und Benutzererfahrung führt.

2.3MIPI-Architektur

Die Architektur der MIPI-Systeme ist so konzipiert, dass sie eine effiziente Datenübertragung unterstützt. Zu den wichtigsten Komponenten gehören:

• Controller:Verwalten des Datenflusses zwischen Komponenten.
• Physikalische Schichten (PHY): Sorgen Sie für eine zuverlässige Signalübertragung.
• Protokoll-Schichten: Bestimmen Sie die Regeln für den Datenaustausch.

Diese mehrschichtige Architektur ermöglicht eine hohe Leistung und eine robuste Kommunikation zwischen verschiedenen Teilen eines Geräts.

3.Wie funktioniert die mipi Kamera?

Heutzutage sind im Grunde alle Smartphone-Geräte mit Kameras ausgestattet. Selbst die günstigsten Smartphone-Modelle sind mit eingebetteten Kameras ausgestattet. Im digitalen Zeitalter der sozialen Medien sind mobile Kameras ein Muss für alle Arten von mobilen Nutzern.

Kamerasensoren, die die MIPI-Schnittstelle unterstützen, werden als MIPI-Kameras bezeichnet. Diese Kameras sind häufig in Smartphones, Tablets, Laptops und anderen tragbaren Geräten zu finden.

Ein Embedded Vision System für mobile Endgeräte besteht in der Regel aus folgenden Komponenten:

• Bildsensor:Diese Komponente umfasst die Aufnahme von Bildern und deren Digitalisierung.
• MIPI-Schnittstelle: Diese Schnittstelle fungiert im Wesentlichen als Brücke zwischen dem Kamerasensor und dem Host-Prozessor. MIPI ist eine Schnittstelle, die die physikalischen und Protokollschichten festlegt, die für die Übertragung digitaler Bilder verwendet werden sollen.
• Linse:Von außen nach innen: Durch die Linse wird das externe Licht dann vom IR-Filter verarbeitet und dann auf die Sensoroberfläche fokussiert, um ein elektrisches Signal aus dem Licht zu erzeugen, das durch die Linse fällt; Das Signal wird dann durch den internen A/D digitalisiert.

Daher funktioniert die mipi-Kamera wie folgt: Mit Hilfe des Bildsensors wird ein Bild aufgenommen, das Bild wird dann in den digitalen Bereich umgewandelt und schließlich wird das Signal über die MIPI-Schnittstelle an den Prozessor gesendet. Der Prozessor wandelt später das digitale Abbild des Objekts um und zeigt es auf dem Bildschirm an.

4.Evolutionsgeschichte von mipi

4.1MIPI CSI-1

MIPI CSI-1 war die erste Version der MIPI-Schnittstellenarchitektur, die die Protokolle für die Verbindung zwischen der eingebetteten Kamera und dem Host-Prozessor spezifiziert hat.

Camera Serial Interface 1 (CSI-1)MIPI war ein Kommunikationsprotokoll, das zur Übertragung von Kamerasensorsignalen an eine eingebettete Verarbeitungsplattform in einem mobilen Handheld-Computergerät verwendet wurde. Dieses Protokoll basierte auf den Spezifikationen der Physik- und Protokollschicht für Kameraschnittstellen, die von der MIPI Alliance für die Entwicklung von Verbindungen zwischen Kamerasensor und eingebettetem Prozessor zur Übertragung von Bildern vom Kamerasensor zum eingebetteten Prozessor bereitgestellt wurden.

Die physikalische Schicht und die Protokollschicht der MIPI CSI-1-Spezifikation bestimmten die elektrischen und signalisierenden Eigenschaften der physikalischen Schicht bzw. die Protokoll- und Paketstruktur der Protokollschicht. Es wurde auch verwendet, um Bilddaten, Steuerdaten und andere Informationen zwischen der Kamera und dem Host-Prozessor zu übertragen. MIPI CSI-1 verwendete ein differentielles Signalisierungsverfahren und war in der Lage, Datenübertragungsraten von bis zu 1 Gbit/s bereitzustellen.

Das MIPI CSI-1-Protokoll ist ein Legacy-Protokoll und wird von seinen fortschrittlichen Nachfolgern wie CSI-2 und CSI-3 nicht mehr unterstützt. Obwohl die CSI-1-Schnittstelle nahezu veraltet ist, ist sie immer noch in einigen Legacy-Systemen zu finden.

4.2MIPI CSI-2

MIPI CSI-2 ist die zweite Generation von MIPI CSI-Schnittstellen, die auch als Camera Serial Interface bezeichnet werden. Ähnlich wie das CSI-1-Protokoll,MIPI CSI-2 wird ebenfalls auf Basis des MIPI Alliance Frameworks entwickelt und umfasst die physikalischen und Protokollschichten für den Bilddatentransport in mobilen Embedded-Vision-Systemen.

Im Moment ist dieMIPI CSI 2 Interface gilt als die Mainstream-Lösung für die Kamera-Prozessor-Konnektivität in Smartphones und Tablets. Wie bereits erwähnt, wird MIPI CSI-2 weitgehend von Kamerasensoren und eingebetteten Prozessoren unterstützt. Das CSI-2-Protokoll bietet im Vergleich zum ursprünglichen CSI-1-Protokoll eine bessere Funktionalität und zusätzliche Eigenschaften.MIPI CSI 2 ist ein weiterer Schnittstellenstandard, der mit dem Ziel entwickelt wurde, hohe Übertragungsraten über die gebräuchlichere serielle Verbindung bereitzustellen und die differentielle Signalisierung auf ähnliche Weise wieMIPI CSI1 und bietet dabei Datenraten von bis zu 3 . 5 Gbit/s.

Die erste Version des MIPICSI2 wurde 2005 veröffentlicht und bestand aus den folgenden Protokollschichten:

• Bitübertragungsschicht
• Schicht zur Zusammenführung von Fahrspuren
• Low-Level-Protokollschicht
• Pixel-zu-Byte-Konvertierungsschicht
• Anwendungsschicht

2017 wurde die zweite Version von MIPI CSI-2 veröffentlicht. Diese Version verfügte über RAW-16- und RAW-20-Farbtiefen, 32 virtuelle Kanäle und LRTE (Low Latency Reduction and Transport Efficiency). Eine dritte Version derCSI2 Das 2019 veröffentlichte Protokoll enthält die RAW-24-Farbtiefe in CSI-2.

Der Hauptteil besteht aus dem MIPI CSI-2 Standard, und CSI-2E und CSI-2E gelten als Erweiterungen von MIPI CSI-2. Diese Erweiterungen sind nützlich, um zusätzliche Unterstützung für höhere Datenraten, längere Kabel, verbesserte Fehlerkontrolle usw. bereitzustellen.

Da MIPI CSI-2 häufig verwendet wird und über einen Hochleistungsbereich verfügt, gilt MIPI CSI-2 für autonome Fahrzeuge, Drohnen, Smart Connected Cities, biomedizinische Bildgebung und Robotik.

5.Vorteile der Verwendung der mipi-Schnittstelle als Verbindungsschnittstelle für Kameras

Die USB-Kamera und die mipi-Kamera sind zwei Arten von Kamerasensoren, die derzeit in mobilen Geräten und Embedded-Vision-Systemen weit verbreitet sind

Es gibt mehrere Gründe, mipi-Kameras für mobile Geräte und Embedded-Vision-Systeme anstelle von USB-Kameras zu verwenden:

• Ökosystem: Die MIPI Alliance verfügt über eine sehr lebendige Community von Bildsensoren, Objektiven und anderen Komponenten, die kompatibel und am besten für MIPI-Kameras geeignet sind, um die Entwicklung von Systemen auf Basis von MIPI-Kameras zu vereinfachen.
• Größe und Formfaktor:MIPI-Kameras sind physisch kleiner und schlanker als USB-Kameras, was besser für die Integration in kleine, schlanke Geräte geeignet ist.
• Flexibilität: Flexibilität: MIPI-Kamera sind im Gegensatz zu USB-Kameras mit vielen Arten von Prozessoren und Bildsensoren kompatibel.
• Datenübertragungsrate: DasMIPI-Kamera kann die Bilddaten mit viel höheren Datenraten als die USB-Kameras streamen und wäre daher nützlich für Anwendungen mit hoher Auflösung und hoher Bildrate.
• Leistungsaufnahme: CSI-Kamera sind sehr energieeffizient und können daher in Handheld-Geräten oder Geräten, die mit Batterien betrieben werden, verwendet werden.

6.Zukünftige Trends in der MIPI-Technologie

Die Zukunft vonMIPI Die Technologie ist vielversprechend, mit Trends wie:

• KI-Integration: Verbesserung der Gerätefunktionen mit künstlicher Intelligenz für eine verbesserte Funktionalität.
• Schnittstellen mit höherer Bandbreite: Unterstützt 8K-Video und mehr.
• Höhere Energieeffizienz: Reduzierung des Stromverbrauchs für eine längere Akkulaufzeit.

Diese Fortschritte werden die Innovation in der Elektronikindustrie weiter vorantreiben.

Einll insgesamt,Die MIPI-Technologie hat die Konnektivität in elektronischen Geräten revolutioniert und ermöglicht eine effiziente Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung bei gleichbleibender Energieeffizienz. Das Verständnis von MIPI-Schnittstellen, -Protokollen und -Standards ist für jeden, der an der Entwicklung moderner Elektronik beteiligt ist, von entscheidender Bedeutung. Mit der Weiterentwicklung der Technologie wird MIPI weiterhin an vorderster Front stehen und neue Möglichkeiten und Verbesserungen der Geräteleistung vorantreiben.

Häufig gestellte Fragen:

Was ist der Unterschied zwischen MIPI C-PHY und D-PHY?

MIPI C-PHY verwendet ein dreiphasiges Codierungsschema für die Datenübertragung und bietet eine höhere Bandbreite mit weniger Pins. MIPI D-PHY verwendet eine differenzielle Signalisierung, die einfacher ist, aber für höhere Datenraten möglicherweise mehr Pins erfordert.

Wie implementiert man MIPI-Schnittstellen in neuen Designs?

Die Implementierung von MIPI-Schnittstellen umfasst die Auswahl der geeigneten MIPI-Spezifikationen, die Integration kompatibler Komponenten und die Sicherstellung der Einhaltung von MIPI-Standards für optimale Leistung und Interoperabilität.