Forstå MIPI-grensesnitt, protokoll og standarder: En omfattende veiledning

Det er bevist at mye fremgang i utviklingen av mobile og elektroniske enheter i stor grad har blitt tilrettelagt av utviklingen i tilkoblingsstandarder. Av disse kan MIPI-teknologi (Mobile Industry Processor Interface) bemerkes som dens bidrag til ytelsen og effektiviteten til datakommunikasjon mellom komponentene. Denne spesielle artikkelen har til hensikt å gi en inngående kunnskap om MIPI-grensesnittet, protokollen og standardene og deres betydelige rolle i den nåværende elektronikkens æra.

1.Hva er MIPI?

MIPI, eller Mobile Industrial Processor Interface, er et sett med standardiserte grensesnitt utviklet av MIPI Alliance for å koble eksterne enheter og sensorer til innebygde prosessorer i mobile enheter. Grensesnittet er designet for å være laveffekts, høyhastighets og fleksibelt, noe som gjør det ideelt for bruk i mobile enheter som smarttelefoner og nettbrett. Den er designet for å lette høyhastighets dataoverføring mellom mobile enheter og elektroniske enhetskomponenter. MIPI-alliansen ble dannet i 2003 av bransjeledere for å utvikle og fremme åpne standarder for grensesnitt i mobil- og mobilberørte bransjer.

2.Forstå MIPI-grensesnittet

Et grensesnitt i elektronikk er en felles grense som informasjon sendes over. Det finnes mange forskjellige typer MIPI-grensesnitt, inkludert MIPI-CSI2, MIPI D-PHY, MIPI C-PHY, MIPI M-PHY og MIPI I3C. Hvert grensesnitt har et spesifikt formål og forskjellige egenskaper når det gjelder datahastighet, strømforbruk og implementering av fysisk lag.

• MIPI CSI (kameraserielt grensesnitt): Brukes til å koble kamerasensorer til prosessorer, noe som muliggjør høyhastighetsoverføring av bildedata.
• MIPI DSI (Display Serial Interface): Kobler skjermer til prosessorer, noe som sikrer effektiv kommunikasjon og visuell utskrift av høy kvalitet.
• MIPI C-PHY og D-PHY: Fysiske laggrensesnitt for høyhastighets dataoverføring. C-PHY bruker en trefasekoding, mens D-PHY bruker en differensialsignalmetode.

Disse grensesnittene er kritiske i smarttelefoner, nettbrett og andre bærbare enheter, der plass og strømeffektivitet er avgjørende.

2.1Utforsker MIPI-protokollen

MIPI-protokollen styrer reglene for datautveksling. Denmipi-Protokollen inkluderer:

• MIPI CSI-2(MIPI-kameraets serielte grensesnitt):En mye bruktMIPI-kontakt for kameratilkobling, som støtter høyoppløselige bildesensorer og videoapplikasjoner. Det sikrer lavt strømforbruk og effektiv dataoverføring.
• MIPI DSI-2(MIPI-skjerm serielt grensesnitt): Den er designet for skjermgrensesnitt, støtter HD-skjermer og forbedrer den visuelle opplevelsen med lav ventetid og høy båndbredde.

MIPI-protokollen sikrer kompatibilitet og interoperabilitet mellom ulike komponenter, noe som muliggjør sømløs kommunikasjon og funksjonalitet.

2.2MIPI-standarder

Standarder er avgjørende for å sikre konsistens og pålitelighet. Viktige MIPI-standarder inkluderer:

• MIPI CSI-2: Definerer grensesnittet for kameraer, og støtter opptil 8K-oppløsning.
• MIPI DSI-2: Spesifiserer grensesnittet for skjermer, og sikrer høye oppdateringsfrekvenser og lavt strømforbruk.
• MIPI I3C: Et neste generasjons sensorgrensesnitt som gir høyere ytelse og energieffektivitet sammenlignet med I2C.
• MIPI UniPro: En allsidig standard for sammenkobling av ulike delsystemer i en enhet.

Overholdelse av disse standardene sikrer at enheter kan kommunisere effektivt, noe som fører til bedre ytelse og brukeropplevelse.

2.3MIPI-arkitektur

Arkitekturen til MIPI-systemer er designet for å støtte effektiv dataoverføring. Nøkkelkomponenter inkluderer:

• Kontrollere:Administrer dataflyt mellom komponenter.
• Fysiske lag (PHY): Sørg for pålitelig signaloverføring.
• Protokoll lag: Styr reglene for datautveksling.

Denne lagdelte arkitekturen muliggjør høy ytelse og robust kommunikasjon mellom ulike deler av en enhet.

3. Hvordan fungerer mipi -kameraet?

I dag er i utgangspunktet alle smarttelefonenheter utstyrt med kameraer. Selv de billigste smarttelefonmodellene er utstyrt med innebygde kameraer. I denne digitale tidsalderen med sosiale medier er mobilkameraer et must for alle typer mobilbrukere.

Kamerasensorer som støtter MIPI-grensesnitt er kjent som MIPI-kameraer. Disse kameraene finnes ofte i smarttelefoner, nettbrett, bærbare datamaskiner og andre bærbare enheter.

Et innebygd synssystem for mobile enheter består vanligvis av følgende komponenter:

• Bildesensor:Denne komponenten innebærer å ta bilder og hvordan de digitaliseres.
• MIPI-grensesnitt: Dette grensesnittet fungerer i hovedsak som broen mellom kamerasensoren og vertsprosessoren. MIPI er et grensesnitt som spesifiserer de fysiske lagene og protokolllagene som skal brukes til overføring av digitale bilder.
• Linse:Fra utsiden til innsiden: gjennom linsen blir det eksterne lyset deretter behandlet av IR-filteret og deretter fokusert på sensoroverflaten for å generere et elektrisk signal fra lyset som passerer gjennom linsen; signalet digitaliseres deretter av den interne A/D.

Derfor fungerer mipi-kameraet som følger – et bilde tas opp ved hjelp av bildesensoren, bildet transformeres deretter til det digitale domenet, og til slutt sendes signalet til prosessoren gjennom MIPI-grensesnittet. Prosessoren konverterer senere det digitale bildet av objektet og viser det på skjermen.

4.Evolusjonær historie til mipi

4.1MIPI CSI-1

MIPI CSI-1 var den første versjonen av MIPI-grensesnittarkitekturen som har spesifisert protokollene for tilkobling mellom det innebygde kameraet og vertsprosessoren.

Camera Serial Interface 1 (CSI-1)MIPI var en kommunikasjonsprotokoll som ble brukt til å overføre kamerasensorsignaler til en innebygd prosesseringsplattform i en håndholdt mobil dataenhet. Denne protokollen var basert på de fysiske spesifikasjonene og protokolllagspesifikasjonene for kameragrensesnitt levert av MIPI Alliance for å designe sammenkoblinger mellom kamerasensor og innebygd prosessor for overføring av bilder fra kamerasensoren til den innebygde prosessoren.

Det fysiske laget og protokolllaget til MIPI CSI-1-spesifikasjonen bestemte henholdsvis de elektriske og signalegenskapene til det fysiske laget og protokoll- og pakkestrukturen til protokolllaget. Den ble også brukt til å overføre bildedata, kontrolldata og annen informasjon mellom kameraet og vertsprosessoren. MIPI CSI-1 brukte en differensialsignaleringsmetode og var i stand til å gi dataoverføringshastigheter på opptil 1 Gbps.

MIPI CSI-1-protokollen er en eldre protokoll og er utdatert av dens avanserte etterfølgere som CSI-2 og CSI-3. Selv om det er nesten foreldet, er CSI-1-grensesnittet fortsatt sett i noen eldre systemer.

4.2MIPI CSI-2

MIPI CSI-2 er andre generasjon MIPI CSI-grensesnitt også kjent som Camera Serial Interface. I likhet med CSI-1-protokollen,MIPI CSI-2 er også utviklet på grunnlag av MIPI Alliance-rammeverket og omfatter de fysiske og protokolllagene for bildedatatransport i mobile innebygde synssystemer.

For øyeblikket erMIPI CSI 2 Interface anses å være den vanlige løsningen for kamera-prosessor-tilkobling i smarttelefoner og nettbrett. Som nevnt tidligere er MIPI CSI-2 bredt støttet av kamerasensorer og innebygd prosessor. CSI-2-protokollen gir bedre funksjonelle og tilleggsegenskaper sammenlignet med den originale CSI-1-protokollen.MIPI CSI 2 er en annen grensesnittstandard som er utviklet med det formål å gi høye overføringshastigheter over den mer vanlige serielle koblingen og bruker differensialsignalering på en måte som ligner påMipi CSI1 mens du tilbyr datahastigheter på opptil 3 . 5 Gbps.

Den første versjonen av MIPIcsi2 ble utgitt i 2005 og besto av følgende protokolllag:

• Fysisk lag
• Lag for sammenslåing av kjørefelt
• Protokolllag på lavt nivå
• Piksel-til-byte konverteringslag
• Påføringslag

I 2017 ble den andre versjonen av MIPI CSI-2 utgitt. Denne versjonen inneholdt RAW-16 og RAW-20 fargedybder, 32 virtuelle kanaler og LRTE (lav latensreduksjon og transporteffektivitet). En tredje versjon avcsi2 protokollen utgitt i 2019 inkluderer RAW-24-fargedybden i CSI-2.

Hoveddelen består av MIPI CSI-2-standarden, og CSI-2E og CSI-2E regnes som utvidelser av MIPI CSI-2. Disse utvidelsene er nyttige for å gi ekstra støtte for høyere datahastigheter, lengre kabler, forbedret feilkontroll, etc.

Siden MIPI CSI-2 er ofte brukt og har et høyytelsesområde, gjelder MIPI CSI-2 for autonome kjøretøy, droner, smarte tilkoblede byer, biomedisinsk bildebehandling og robotikk.

5.Fordeler med å bruke mipi-grensesnittet som et kontaktgrensesnitt for kameraer

USB-kameraet og mipi-kameraet er to typer kamerasensorer som for tiden er mye brukt i mobile enheter og innebygde synssystemer

Det er flere grunner til å bruke mipi-kameraer for mobile enheter og innebygde synssystemer i stedet for usb-kameraer:

• Økosystem: MIPI Alliance har et veldig levende fellesskap av bildesensorer, linser blant andre komponenter som er kompatible og best egnet for MIPI-kamera for enkel utvikling av systemer basert på MIPI-kameraer.
• Størrelse og formfaktor:MIPI-kameraer er fysisk mindre og slankere enn USB-kameraer, noe som er bedre for integrering i små, slanke enheter.
• Fleksibilitet: Fleksibilitet: MIPI-kamera er kompatible med mange typer prosessorer og bildesensorer, i motsetning til USB-kameraer.
• Datahastighet: DenMIPI-kamera kan streame bildedataene med mye høyere datahastigheter enn USB-kameraene og vil derfor være nyttig for applikasjoner med høy oppløsning og høy bildefrekvens.
• Strømforbruk: CSI-kamera er svært energieffektive, derfor kan de brukes i håndholdte enheter eller enheter som fungerer på batterier.

6.Fremtidige trender innen MIPI-teknologi

Fremtiden tilMipi Teknologien er lovende, med trender som inkluderer:

• AI-integrasjon: Forbedring av enhetsfunksjoner med kunstig intelligens for forbedret funksjonalitet.
• Grensesnitt med høyere båndbredde: Støtter 8K-video og mer.
• Større energieffektivitet: Reduserer strømforbruket for lengre batterilevetid.

Disse fremskrittene vil fortsette å drive innovasjon i elektronikkindustrien.

Enll i alt,MIPI-teknologi har revolusjonert tilkoblingen i elektroniske enheter, og gir effektiv dataoverføring med høy hastighet samtidig som strømeffektiviteten opprettholdes. Å forstå MIPI-grensesnitt, protokoller og standarder er avgjørende for alle som er involvert i utviklingen av moderne elektronikk. Etter hvert som teknologien utvikler seg, vil MIPI forbli i forkant, og drive nye muligheter og forbedringer i enhetens ytelse.

FAQ:

Hva er forskjellen mellom MIPI C-PHY og D-PHY?

MIPI C-PHY bruker et trefaset kodingsskjema for å overføre data, og tilbyr høyere båndbredde med færre pinner. MIPI D-PHY bruker differensialsignalering, som er enklere, men kan kreve flere pinner for høyere datahastigheter.

Hvordan implementere MIPI-grensesnitt i nye design?

Implementering av MIPI-grensesnitt innebærer å velge passende MIPI-spesifikasjoner, integrere kompatible komponenter og sikre samsvar med MIPI-standarder for optimal ytelse og interoperabilitet.