Comprendre l'interface, le protocole et les normes MIPI : un guide complet

Il a été prouvé que de nombreux progrès dans le développement des appareils mobiles et électroniques ont été grandement facilités par le développement des normes de connectivité. Parmi celles-ci, la technologie MIPI (Mobile Industry Processor Interface) peut être considérée comme contribuant aux performances et à l'efficacité de la communication de données entre les composants. Cet article particulier vise à fournir une connaissance approfondie de l'interface, du protocole et des normes MIPI et de leur rôle important à l'ère actuelle de l'électronique.

1.Qu'est-ce que MIPI ?

MIPI, ou Mobile Industrial Processor Interface, est un ensemble d'interfaces standardisées développées par la MIPI Alliance pour connecter des périphériques et des capteurs à des processeurs intégrés dans des appareils mobiles. L'interface est conçue pour être à faible consommation d'énergie, à haut débit et flexible, ce qui la rend idéale pour une utilisation dans des appareils mobiles tels que les smartphones et les tablettes. Elle est conçue pour faciliter le transfert de données à haut débit entre les appareils mobiles et les composants des appareils électroniques. La MIPI Alliance a été créée en 2003 par des leaders du secteur pour développer et promouvoir des normes ouvertes pour les interfaces dans les industries mobiles et concernées par la téléphonie mobile.

2.Comprendre l'interface MIPI

En électronique, une interface est une frontière partagée à travers laquelle les informations sont transmises. Il existe de nombreux types d'interfaces MIPI, notamment MIPI-CSI2, MIPI D-PHY, MIPI C-PHY, MIPI M-PHY et MIPI I3C. Chaque interface a un objectif spécifique et des caractéristiques différentes en termes de débit de données, de consommation d'énergie et d'implémentation de la couche physique.

• MIPI CSI (interface série de la caméra) : Utilisé pour connecter les capteurs d'images aux processeurs, permettant la transmission rapide des données d'image.
• MIPI DSI (interface série d'affichage) : Connecte les écrans aux processeurs, garantissant une communication efficace et une sortie visuelle de haute qualité.
• MIPI C-PHY et D-PHY : Interfaces de couche physique pour le transfert de données à haut débit. C-PHY utilise une codification en trois phases, tandis que D-PHY emploie une méthode de signalement différentiel.

Ces interfaces sont essentielles dans les smartphones, tablettes et autres appareils portables, où l’espace et l’efficacité énergétique sont primordiaux.

2.1Découverte du protocole MIPI

Protocole mipi  régissent les règles d'échange de données. mipi- le protocole comprend :

• MIPI CSI-2 (interface série de la caméra mipi) : Un largement utilisé connecteur mipi pour la connectivité caméra, prenant en charge les capteurs d'images haute résolution et les applications vidéo. Il assure une faible consommation d'énergie et un transfert de données efficace.
• MIPI DSI-2 (interface série d'affichage mipi) :Conçu pour les interfaces d'affichage, il prend en charge les écrans en haute définition et améliore l'expérience visuelle avec une faible latence et un large bande passante.

Le protocole MIPI assure la compatibilité et l'interopérabilité entre les différents composants, permettant une communication et une fonctionnalité transparentes.

2.2Normes MIPI

Les normes sont essentielles pour garantir la cohérence et la fiabilité. Les principales normes MIPI comprennent :

• MIPI CSI-2 : Définit l'interface pour les caméras, prenant en charge jusqu'à une résolution de 8K.
• MIPI DSI-2 : Spécifie l'interface pour les affichages, assurant des taux de rafraîchissement élevés et une faible consommation d'énergie.
• MIPI I3C : Une interface de capteur de nouvelle génération, offrant des performances et une efficacité énergétique supérieures par rapport à I2C.
• MIPI UniPro : Un standard polyvalent pour interconnecter divers sous-systèmes au sein d'un appareil.

Le respect de ces normes garantit que les appareils peuvent communiquer efficacement, ce qui conduit à de meilleures performances et à une meilleure expérience utilisateur.

2.3Architecture MIPI

L'architecture des systèmes MIPI est conçue pour assurer un transfert de données efficace. Les principaux composants sont les suivants :

• Contrôleurs : Gérer le flux de données entre les composants.
• Couches physiques (PHY) : Assure une transmission de signal fiable.
• Couches de protocole : Réglementer les règles d'échange de données.

Cette architecture en couches permet des performances élevées et une communication robuste entre les différentes parties d'un appareil.

3.Comment fonctionne la caméra mipi ?

Aujourd'hui, pratiquement tous les smartphones sont équipés d'appareils photo. Même les modèles de smartphones les moins chers sont équipés d'appareils photo intégrés. À l'ère numérique des réseaux sociaux, les appareils photo mobiles sont indispensables pour tous les types d'utilisateurs mobiles.

Les capteurs d'appareil photo qui prennent en charge l'interface MIPI sont appelés caméras MIPI. Ces caméras sont généralement présentes dans les smartphones, les tablettes, les ordinateurs portables et autres appareils portables.

Un système de vision embarqué pour appareils mobiles se compose généralement des composants suivants :

• Capteur d'image : Ce composant implique la capture d’images et la manière dont elles sont numérisées.
• Interface MIPI : Cette interface agit essentiellement comme un pont entre le capteur de caméra et le processeur hôte. MIPI est une interface qui spécifie les couches physiques et de protocole à utiliser pour le transfert d'images numériques.
• Lentille: De l'extérieur vers l'intérieur : à travers l'objectif, la lumière externe est ensuite traitée par le filtre IR puis focalisée sur la surface du capteur pour générer un signal électrique à partir de la lumière traversant l'objectif ; le signal est ensuite numérisé par l'A/N interne.

La caméra mipi fonctionne donc comme suit : une image est enregistrée à l'aide du capteur d'images, l'image est ensuite transformée en domaine numérique et enfin, le signal est envoyé au processeur via l'interface MIPI. Le processeur convertit ensuite l'image numérique de l'objet et l'affiche sur l'écran.

4.Histoire évolutive du mipi

4.1MIPI CSI-1

MIPI CSI-1 était la première version de l'architecture d'interface MIPI qui spécifiait les protocoles de connexion entre la caméra intégrée et le processeur hôte.

Le protocole MIPI (Camera Serial Interface 1) était utilisé pour transmettre les signaux du capteur de la caméra à une plate-forme de traitement intégrée dans un appareil informatique mobile portable. Ce protocole était basé sur les spécifications de la couche physique et de la couche de protocole pour les interfaces de caméra fournies par la MIPI Alliance pour la conception d'interconnexions entre le capteur de la caméra et le processeur intégré pour le transfert d'images du capteur de la caméra au processeur intégré.

La couche physique et la couche de protocole de la spécification MIPI CSI-1 déterminaient respectivement les caractéristiques électriques et de signalisation de la couche physique et la structure du protocole et des paquets de la couche de protocole. Elle était également utilisée pour transférer des données d'image, des données de contrôle et d'autres informations entre la caméra et le processeur hôte. MIPI CSI-1 utilisait une méthode de signalisation différentielle et était capable de fournir des débits de transfert de données allant jusqu'à 1 Gbit/s.

Le protocole MIPI CSI-1 est un protocole hérité et est obsolète par ses successeurs avancés comme CSI-2 et CSI-3. Bien que presque obsolète, l'interface CSI-1 est toujours présente dans certains systèmes hérités.

4.2MIPI CSI-2

MIPI CSI-2 est la deuxième génération des interfaces MIPI CSI, également connue sous le nom de Camera Serial Interface. Similaire au protocole CSI-1, MIPI CSI-2 est également développée sur la base du cadre MIPI Alliance et englobe les couches physiques et de protocole pour le transport de données d'image dans les systèmes de vision embarquée mobile.

À l’heure actuelle, le mipi csi 2 L'interface est considérée comme la solution principale pour la connectivité caméra-processeur dans les smartphones et les tablettes. Comme mentionné précédemment, MIPI CSI-2 est largement pris en charge par les capteurs de caméra et les processeurs embarqués. Le protocole CSI-2 offre des fonctionnalités améliorées et des caractéristiques supplémentaires par rapport au protocole CSI-1 d'origine. mipi csi 2 est un autre standard d'interface qui a été développé dans le but de fournir des taux de transfert élevés sur un lien série plus courant et utilise une signalisation différentielle de manière similaire à mipi csi 1tout en offrant des débits allant jusqu'à 3,5 Gbps.

La première version du MIPI csi2 a été publié en 2005 et comprenait les couches de protocole suivantes :

• Couche physique
• Couche de fusion de voies
• Couche de protocole de bas niveau
• Couche de conversion pixel-octet
• Couche applicative

En 2017, la deuxième version de MIPI CSI-2 a été publiée. Cette version comprenait des profondeurs de couleur RAW-16 et RAW-20, 32 canaux virtuels et LRTE (réduction de la latence faible et efficacité de transport). Une troisième version du csi2 le protocole publié en 2019 inclut la profondeur de couleur RAW-24 dans CSI-2.

La partie principale est constituée de la norme MIPI CSI-2, et CSI-2E et CSI-2E sont considérés comme des extensions de MIPI CSI-2. Ces extensions sont utiles pour fournir un support supplémentaire pour des débits de données plus élevés, des câbles plus longs, un meilleur contrôle des erreurs, etc.

Étant donné que MIPI CSI-2 est couramment utilisé et dispose d'une zone de haute performance, MIPI CSI-2 s'applique aux véhicules autonomes, aux drones, aux villes intelligentes connectées, à l'imagerie biomédicale et à la robotique.

5.Avantages de l'utilisation de l'interface mipi comme interface de connexion pour les caméras

La caméra USB et la caméra MIPI sont deux types de capteurs de caméra actuellement largement utilisés dans les appareils mobiles et les systèmes de vision embarqués.

Il existe plusieurs raisons d’utiliser des caméras mipi pour les appareils mobiles et les systèmes de vision embarqués plutôt que des caméras USB :

• Écosystème: MIPI Alliance dispose d'une communauté très dynamique de capteurs d'image, d'objectifs et d'autres composants compatibles et particulièrement adaptés aux caméras MIPI, facilitant ainsi le développement de systèmes basés sur des caméras MIPI.
• Taille et facteur de forme : Les caméras MIPI sont physiquement plus petites et plus minces que les caméras USB, ce qui est mieux pour l'intégration dans des appareils petits et minces.
• Flexibilité : Flexibilité :  caméra mipi sont compatibles avec de nombreux types de processeurs et de capteurs d'image, contrairement aux caméras USB.
• Débit de données : Le caméra mipi peuvent transmettre les données d'image à des débits beaucoup plus élevés que les caméras USB et seront donc utiles pour les applications à haute résolution et à haut débit.
• Consommation d'énergie :  caméra csi sont très économes en énergie, ils peuvent donc être utilisés dans des appareils portables ou fonctionnant avec des batteries.

6.Tendances futures de la technologie MIPI

L'avenir de MIPI la technologie est prometteuse, avec des tendances incluant :

• Intégration de l'IA : Amélioration des capacités des appareils avec l'intelligence artificielle pour une meilleure fonctionnalité.
• Interfaces à bande passante plus élevée : Prend en charge la vidéo 8K et au-delà.
• Une plus grande efficacité énergétique : Réduction de la consommation d'énergie pour une durée de vie de la batterie plus longue.

Ces avancées continueront de stimuler l’innovation dans l’industrie électronique.

Une tout en tout ,La technologie MIPI a révolutionné la connectivité des appareils électroniques, en offrant un transfert de données efficace et rapide tout en maintenant l'efficacité énergétique. La compréhension des interfaces, des protocoles et des normes MIPI est essentielle pour toute personne impliquée dans le développement de l'électronique moderne. À mesure que la technologie évolue, MIPI restera à l'avant-garde, offrant de nouvelles possibilités et des améliorations des performances des appareils.

FAQ :

Quelle est la différence entre MIPI C-PHY et D-PHY ?

Le MIPI C-PHY utilise un schéma de codage triphasé pour transmettre les données, offrant une bande passante plus élevée avec moins de broches. Le MIPI D-PHY utilise une signalisation différentielle, qui est plus simple mais peut nécessiter plus de broches pour des débits de données plus élevés.

Comment implémenter les interfaces MIPI dans de nouvelles conceptions ?

La mise en œuvre des interfaces MIPI implique la sélection des spécifications MIPI appropriées, l'intégration de composants compatibles et la garantie de la conformité aux normes MIPI pour des performances et une interopérabilité optimales.