درک رابط MIPI، پروتکل و استانداردها: راهنمای جامع

ثابت شده است که پیشرفت زیادی در توسعه دستگاه‌های موبایل و الکترونیکی توسط توسعه استانداردهای ارتباطی به شدت تسهیل شده است. از جمله این‌ها، فناوری MIPI (رابط پردازنده صنعت موبایل) به عنوان سهم خود در عملکرد و کارایی ارتباط داده بین بخش‌های مختلف قابل ذکر است. این مقاله خاص قصد دارد دانش عمیقی از رابط MIPI، پروتکل و استانداردها و نقش مهم آن‌ها در دوران فعلی الکترونیک ارائه دهد.

1.چیست MIPI؟

MIPI یا Mobile Industrial Processor Interface مجموعه‌ای از رابط‌های استاندارد است که توسط اتحادیه MIPI برای اتصال دستگاه‌های جانبی و حسگرها به پردازنده‌های فشرده در دستگاه‌های موبایل توسعه یافته است. این رابط طراحی شده است تا با مصرف انرژی کم، سرعت بالا و انعطاف‌پذیری مناسب، مناسب برای استفاده در دستگاه‌های موبایل مانند گوشی‌های هوشمند و تبلت باشد. این رابط برای تسهیل انتقال داده با سرعت بالا بین دستگاه‌های موبایل و مولفه‌های دستگاه‌های الکترونیکی طراحی شده است. اتحادیه MIPI در سال 2003 توسط رهبران صنعت تشکیل شد تا استانداردهای باز برای رابط‌ها در صنایع موبایل و تحت تأثیر موبایل را توسعه دهد و ترویج دهد.

2.شناسایی رابط MIPI

یک رابط در الکترونیک مرز مشترکی است که اطلاعات از طریق آن منتقل می‌شود. انواع مختلفی از رابط‌های MIPI وجود دارد، شامل MIPI-CSI2، MIPI D-PHY، MIPI C-PHY، MIPI M-PHY و MIPI I3C. هر رابط دارای هدف خاصی است و ویژگی‌های متفاوتی از نظر نرخ داده، مصرف انرژی و پیاده‌سازی لایه فیزیکی دارد.

• MIPI CSI (رابط سریال دوربین): برای اتصال حسگرهای دوربین به پردازنده‌ها استفاده می‌شود و انتقال داده‌های تصویری با سرعت بالا را امکان‌پذیر می‌سازد.
• MIPI DSI (رابط سریال نمایشگر): نمایشگرها را به پردازنده‌ها متصل می‌کند و ارتباط کارآمد و خروجی تصویری با کیفیت بالا را تضمین می‌کند.
• MIPI C-PHY و D-PHY: رابط‌های لایه فیزیکی برای انتقال داده با سرعت بالا. C-PHY از کدگذاری سه‌فازی استفاده می‌کند، در حالی که D-PHY از روش سیگنال‌دهی تفاضلی بهره می‌برد.

این رابط‌ها در تلفن‌های همراه، تبلت‌ها و دستگاه‌های حملی دیگر که فضا و کارایی مصرف انرژی اهمیت دارند، بسیار حیاتی هستند.

2.1بررسی پروتکل MIPI

پروتکل mipi  قوانین مربوط به تبادل داده‌ها را تنظیم می‌کنند. mipi- پروتکل شامل:

• mipi csi-2 (رابط سریال دوربین MIPI) : گسترده‌ترین استفاده اتصال MIPI برای اتصال دوربین، حسگرهای تصویر با وضوح بالا و برنامه‌های ویدیویی را پشتیبانی می‌کند. این امر مصرف انرژی کم و انتقال داده کارآمد را تضمین می‌کند.
• MIPI DSI-2 (رابط سریال نمایش MIPI) :برای رابط‌های نمایش طراحی شده است و از صفحه‌نمایش‌های با وضوح بالا پشتیبانی می‌کند و تجربه بصری را با تأخیر کم و پهنای باند بالا بهبود می‌بخشد.

پروتکل MIPI سازگاری و همکاری بین اجزای مختلف را تضمین می‌کند و اجازه می‌دهد ارتباط و عملکرد بدون مشکل انجام شود.

2.2استانداردهای MIPI

استانداردها برای تضمین ثبات و قابلیت اعتماد بسیار مهم هستند. مهم‌ترین استانداردهای MIPI شامل:

• MIPI CSI-2: رابط دوربین‌ها را تعریف می‌کند و از وضوح تا 8K پشتیبانی می‌کند.
• MIPI DSI-2: رابط نمایشگرها را مشخص می‌کند و نرخ تازه‌سازی بالا و مصرف انرژی کم را تضمین می‌کند.
• MIPI I3C: یک رابط حسگر نسل بعدی است که عملکرد و کارایی انرژی بالاتری نسبت به I2C ارائه می‌دهد.
• MIPI UniPro: یک استاندارد چندمنظوره برای اتصال زیرسیستم‌های مختلف درون یک دستگاه است.

پیروی از این استانداردها اطمینان حاصل می‌کند که دستگاه‌ها بتوانند به طور مؤثر ارتباط برقرار کنند، که منجر به عملکرد بهتر و تجربه کاربری مناسب‌تر می‌شود.

2.3معماری MIPI

معماری سیستم‌های MIPI طراحی شده است تا انتقال داده به صورت کارآمد پشتیبانی کند. مولفه‌های کلیدی شامل:

• کنترلرهای: مدیریت جریان داده بین مولفه‌ها.
• لایه‌های فیزیکی (PHY): انتقال سیگنال قابل اعتماد را تضمین می‌کند.
• لایه‌های پروتکل: قوانین تبادل داده را مدیریت کنید.

این معماری لایه‌ای به عملکرد بالا و ارتباط قوی بین بخش‌های مختلف یک دستگاه کمک می‌کند.

3. کامپیوتر میپی چگونه کار می‌کند؟

امروزه، تقریباً تمام دستگاه‌های هوشمند با کامера مجهز هستند. حتی در مدل‌های ارزان قیمت تلفن‌های هوشمند نیز کامرهای فراگیر وجود دارد. در این عصر دیجیتال و شبکه‌های اجتماعی، کامeras موبایل برای تمام نوع کاربران موبایل ضروری است.

حسگرهای تصویری که از رابط MIPI پشتیبانی می‌کنند به عنوان کامرهای MIPI شناخته می‌شوند. این کامرهای معمولاً در تلفن‌های همراه، تبلت‌ها، لپ‌تاپ‌ها و دستگاه‌های携بری دیگر یافت می‌شوند.

یک سیستم بینایی فراگیر برای دستگاه‌های موبایل معمولاً از مولفه‌های زیر تشکیل می‌شود:

• حسگر تصویر: این مولفه شامل جمع‌آوری تصاویر و نحوه تبدیل آن به داده‌های رقمی است.
• رابط MIPI: این رابط اساساً به عنوان پل بین حسگر دوربین و پردازنده میزبان عمل می‌کند. MIPI یک رابط است که لایه‌های فیزیکی و پروتکل‌هایی را که باید برای انتقال تصاویر دیجیتال استفاده شوند، مشخص می‌کند.
• عدسی: از بیرون به درون: نور خارجی از طریق عدسی عبور کرده و سپس توسط فیلتر IR پردازش شده و روی سطح حسگر تمرکز می‌شود تا سیگنال الکتریکی از نور عبوری ایجاد شود؛ سپس این سیگنال توسط A/D داخلی به صورت رقمی تبدیل می‌شود.

بنابراین، دوربین میپی به این شکل کار می‌کند - تصویر با کمک حسگر تصویر ثبت می‌شود، سپس تصویر به دامنه رقمی تبدیل می‌شود و در نهایت، سیگنال از طریق رابط MIPI به پردازنده ارسال می‌شود. پردازنده بعداً تصویر رقمی شیء را تبدیل کرده و آن را روی صفحه نمایش نشان می‌دهد.

4.تاریخچه تحول mipi

4.1MIPI CSI-1

MIPI CSI-1 نسخه اول معماری رابط MIPI بود که پروتکل‌های اتصال بین دوربین فراگیر و پردازنده میزبان را مشخص کرده است.

پروتکل ارتباطی Camera Serial Interface 1 (CSI-1)MIPI برای انتقال سیگنال‌های حسگر دوربین به یک-platform پردازش فراگیر در دستگاه‌های محاسباتی همراه موبایل استفاده می‌شد. این پروتکل بر اساس مشخصات لایه فیزیکی و پروتکلی که توسط اتحادیه MIPI برای طراحی اتصالات بین حسگر دوربین و پردازنده فراگیر برای انتقال تصاویر از حسگر دوربین به پردازنده فراگیر ارائه شده بود.

لایه فیزیکی و لایه پروتکل از مشخصات MIPI CSI-1 ویژگی‌های برقی و سیگنال‌دهی لایه فیزیکی و ساختار پروتکل و بسته‌بندی لایه پروتکل را تعیین می‌کردند. همچنین برای انتقال داده‌های تصویر، داده‌های کنترلی و اطلاعات دیگر بین دوربین و پردازنده اصلی استفاده می‌شد. MIPI CSI-1 از روش سیگنال‌دهی تفاضلی استفاده می‌کرد و قادر به ارائه نرخ انتقال داده تا 1 گیگابیت در ثانیه بود.

پروتکل MIPI CSI-1 یک پروتکل قدیمی است و توسط جانشینان پیشرفته‌تر مثل CSI-2 و CSI-3 منسوخ شده است. با این حال، در برخی سیستم‌های قدیمی همچنان قابل مشاهده است.

4.2mipi csi-2

mipi csi-2 نسل دوم رابط‌های MIPI CSI است که به عنوان رابط سریال دوربین نیز شناخته می‌شود. مشابه پروتکل CSI-1، mipi csi-2 همچنین بر اساس چارچوب MIPI Alliance توسعه یافته و شامل لایه‌های فیزیکی و پروتکل‌ها برای حمل داده‌های تصویری در سیستم‌های بینایی موبایل جاسازی شده است.

در حال حاضر، mipi csi 2 این رابط به عنوان راه‌حل اصلی برای اتصال دوربین و پردازنده در گوشی‌های هوشمند و تبلت‌ها در نظر گرفته می‌شود. همانطور که قبلاً ذکر شد، MIPI CSI-2 به طور گسترده‌ای توسط حسگرهای دوربین و پردازنده‌های جاسازی شده پشتیبانی می‌شود. پروتکل CSI-2 ویژگی‌های عملکردی و اضافی بهتری نسبت به پروتکل اصلی CSI-1 ارائه می‌دهد. mipi csi 2 یک استاندارد رابط دیگر است که برای ارائه نرخ انتقال بالا بر روی لینک سریال رایج تر توسعه یافته و از سیگنالینگ تفاضلی به شیوه ای مشابه استفاده می کند mipi csi 1در حالی که نرخ داده تا 3 . 5 گیگابیت بر ثانیه را ارائه می دهد.

نسخه اول MIPI csi2 در سال 2005 منتشر شد و شامل لایه های پروتکل زیر بود:

• لایه فیزیکی
• لایه ادغام خط
• لایه پروتکل سطح پایین
• لایه تبدیل پیکسل به بایت
• لایه کاربردی

سال ۲۰۱۷ شاهد انتشار نسخه دوم MIPI CSI-2 بود. این نسخه ویژگی‌های عمق رنگ RAW-16 و RAW-20، ۳۲ کانال مجازی، و LRTE (کاهش و کارایی حمل با تاخیر کم) را داشت. نسخه سوم csi2 پروتکل منتشر شده در سال 2019 شامل عمق رنگ RAW-24 در CSI-2 است.

بخش اصلی شامل استاندارد MIPI CSI-2 است، و CSI-2E و CSI-2F به عنوان افزونه‌های MIPI CSI-2 در نظر گرفته می‌شوند. این افزونه‌ها برای ارائه پشتیبانی اضافی برای نرخ داده‌های بالاتر، کابل‌های طولانی‌تر، کنترل خطای بهبود یافته، و غیره مفید هستند.

از آنجایی که MIPI CSI-2 به طور معمول استفاده می‌شود و دارای عملکرد بالایی است، این استاندارد در وسایل نقلیه خودران، درون‌پایان، شهرهای هوشمند متصل، تصویربرداری زیست پزشکی و رباتیک کاربرد دارد.

5.مزایای استفاده از رابط mipi به عنوان رابط اتصال برای دوربین‌ها

دوربین usb و دوربین mipi دو نوع حسگر دوربین هستند که در حال حاضر به طور گسترده در دستگاه‌های موبایل و سیستم‌های بینایی فراگیر استفاده می‌شوند.

عدة دلیل برای استفاده از دوربین‌های MIPI در دستگاه‌های موبایل و سیستم‌های بینایی فراگیر وجود دارد، به جای دوربین‌های USB:

• محیط زیست: اتحاد MIPI دارای یک جامعه بسیار پویا از حسگرهای تصویر، لنز و سایر اجزای سازگار و مناسب برای دوربین MIPI برای توسعه آسان سیستم های مبتنی بر دوربین های MIPI است.
• اندازه و فاکتور شکل: دوربین‌های MIPI فیزیکی کوچک‌تر و نازک‌تر از دوربین‌های USB هستند که مناسب‌تر برای ادغام در دستگاه‌های کوچک و نازک است.
• چابکی: چابکی:  دوربین mipi با بسیاری از انواع پردازنده ها و حسگرهای تصویر سازگار هستند، بر خلاف دوربین های USB.
• نرخ داده: این دوربین mipi می توانند داده های تصویر را با نرخ داده بسیار بالاتر از دوربین های USB پخش کنند و بنابراین برای برنامه های با وضوح بالا و نرخ فریم بالا مفید خواهند بود.
• مصرف برق:  دوربین csi بسیار کارآمد از نظر انرژی هستند بنابراین می توانند در دستگاه های دستی یا دستگاه هایی که با باتری کار می کنند استفاده شوند.

6.روش‌های آینده در فناوری MIPI

آینده mipi فناوری امیدوارکننده است، با روندهایی شامل:

• 통합 هوش مصنوعی: تقویت قابلیت‌های دستگاه با هوش مصنوعی برای بهبود عملکرد.
• رابط‌های باند عرضی بالاتر: پشتیبانی از ویدیوهای 8K و فراتر از آن.
• کارایی انرژی بیشتر: کاهش مصرف انرژی برای عمر باتری طولانی‌تر.

این پیشرفت‌ها ادامه خواهند داد به نوآوری در صنعت الکترونیک.

A کل و کل ,فناوری MIPI انقلابی در همکاری بین دستگاه‌های الکترونیکی ایجاد کرده است، با انتقال داده سریع و کارا در حالی که کارایی مصرف انرژی را حفظ می‌کند. درک رابط‌ها، پروتکل‌ها و استانداردهای MIPI برای هر کسی که در توسعه الکترونیک‌های مدرن شرکت دارد، ضروری است. همانطور که فناوری تکامل می‌یابد، MIPI همواره در جلو愫 قرار خواهد گرفت و امکانات و بهبودهای جدید در عملکرد دستگاه‌ها را به وجود خواهد آورد.

سوالات متداول:

تفاوت بین MIPI C-PHY و D-PHY چیست؟

MIPI C-PHY از طرح کدنویسی سه‌مرحله‌ای برای ارسال داده استفاده می‌کند که باند عرضی بالاتری با تعداد پین کمتر ارائه می‌دهد. MIPI D-PHY از سیگنال‌دهی دیفرانسیل استفاده می‌کند که ساده‌تر است اما ممکن است برای داده‌های با سرعت بالا نیاز به تعداد بیشتری پین داشته باشد.

چگونه می‌توان رابط‌های MIPI را در طراحی‌های جدید پیاده‌سازی کرد؟

پیاده‌سازی رابط‌های MIPI شامل انتخاب استانداردهای مناسب MIPI، ادغام مولفه‌های سازگار و تضمین رعایت استانداردهای MIPI برای بهترین عملکرد و هم‌سازگاری می‌باشد.