Forståelse av MIPI-grensesnitt, -protokoll og -standarder: En omfattende guide

Det er bevist at mye av fremgangen i utviklingen av mobil- og elektroniske enheter har blitt storgradslettet av utviklingen i koblingsstandarder. Av disse kan MIPI-teknologien (Mobile Industry Processor Interface) merkes for dets bidrag til ytelsen og effektiviteten til datakommunikasjon mellom komponentene. Denne artikkelen har til hensikt å gi en dybdere kunnskap om MIPI-grensesnittet, protokollen og standardene og deres betydning i dagens tidsalder av elektronikk.

1.Hva er MIPI?

MIPI, eller Mobile Industrial Processor Interface, er en mengde standardiserte grensesnitt utviklet av MIPI Alliance for å koble tilbehør og sensorer til innbyggede prosessorer i mobilutstyr. Grensesnittet er designet for å være lavkraftig, høyhastighet og fleksibelt, noe som gjør det ideelt egnet for bruk i mobile enheter som smarttelefoner og nettbrett. Det er laget for å fremme høyhastighetsdataoverføring mellom mobile enheter og elektroniske komponenter. MIPI Alliance ble opprettet i 2003 av bransjeførere for å utvikle og fremme åpne standarder for grensesnitt i mobilbransjen og industrier påvirket av mobilteknologi.

2.Forståelse av MIPI-grensesnitt

Et grensesnitt i elektronikk er en felles grense hvor informasjon overføres. 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 en spesifikk formål og ulike karakteristikk med hensyn til datarate, strømforbruk og implementering av fysisk lag.

• MIPI CSI (Camera Serial Interface): Brukt for å koble kamerasonder til prosessorer, og muliggjør høyhastighetsoverføring av bildedata.
• MIPI DSI (Display Serial Interface): Koble skjermer til prosessorer, og sikrer effektiv kommunikasjon og høy kvalitet på visuell utgang.
• MIPI C-PHY og D-PHY: Fysiske laggrensesnitt for høyhastighetsdataoverføring. C-PHY bruker en tre-fase koding, mens D-PHY benytter en differensial signalmetode.

Disse grensesnittene er avgjørende i smarttelefoner, nettbrett og andre bærbar enheter, hvor plass og strøm-effektivitet er avgjørende.

2.1Utforske MIPI-protokoll

mipi protokoll  stiller reglene for datautveksling. Den mipi- protokollen omfatter:

• MIPI CSI-2 (mipi kamera seriel grensesnitt) : Et vidt brukt mipi-tilkobling for kameratilkobling, som støtter høyoppløselige bildesensorer og videoapplikasjoner. Det sikrer lavt strømforbruk og effektiv dataoverføring.
• MIPI DSI-2 (mipi display seriell grensesnitt) :Designet for skjermgrensesnitt, det støtter høyoppløselige skjermer og forbedrer den visuelle opplevelsen med lav latens og høy båndbredde.

MIPI-protokollen sikrer kompatibilitet og interoperabilitet mellom ulike komponenter, og tillater smidig kommunikasjon og funksjonalitet.

2.2MIPI Standarder

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

• MIPI CSI-2: Definerer grensesnittet for kameraer, som 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 tilbyr høyere ytelse og energieffektivitet sammenlignet med I2C.
• MIPI UniPro: En allsidig standard for å koble sammen ulike delsystemer innen en enhet.

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

2.3MIPI-arkitektur

Arkitekturen i MIPI-systemer er designet for å støtte effektiv dataoverføring. Nøkkelenheter inkluderer:

• Kontroller: Behandle datastrøm mellom komponenter.
• Fysikkelayere (PHY): Sikre pålitelig signaloverføring.
• Protokollayere: Styr reglene for datautveksling.

Denne lagrede arkitekturen gjør det mulig å oppnå høy ytelse og robust kommunikasjon mellom ulike deler av en enhet.

3.Hvordan fungerer en MIPI-kamera?

I dag har nesten alle mobiltelefoner kameraer. Selv de billigste modellene av smartphones kommer med inbygget kamera. I denne digitale tiden med sosiale medier er mobilkamere et måtte ha for alle typer mobilbrukere.

Kamera sensorer som støtter MIPI-grensesnittet kalles MIPI-kamere. Disse kammeraene finnes vanligvis i smarttelefoner, tabletter, bærbarer og andre transportable enheter.

Et innbygget visjonssystem for mobile enheter består vanligvis av følgende komponenter:

• Bildeavleser: Denne komponenten handler om å fange bilder og hvordan de digitaliseres.
• MIPI-grensesnitt: Dette grensesnittet fungerer i hovedsak som broen mellom kamerasonde og vertprosessor. MIPI er et grensesnitt som spesifiserer de fysiske og protokolllagene som skal brukes for overføring av digitale bilder.
• Linse: Fra utsiden til innsiden: gjennom Linsem spores det eksterne lyset deretter behandlet av IR-filteret og deretter fokuseres på sensoryteoverflaten for å generere et elektrisk signal fra lyset som passerer gjennom linsem; signalet digitaliseres deretter av den interne A/D.

Derfor fungerer mipi-kameraet slik – et bilde tas opp med hjelp av bilde sensor, bildet transformeres deretter til digital domene, og til slutt sendes signalet til prosessoren gjennom MIPI-grensesnittet. Prosessoren konverterer senere det digitale bildet av objektet og viser det på skjermen.

4.Evolusjonshistorie av mipi

4.1MIPI CSI-1

MIPI CSI-1 var den første versjonen av MIPI-grensesnittarkitekturen som har spesifisert protokollene for tilkobling mellom innbygget kamera og vertshovedprosessor.

Camera Serial Interface 1 (CSI-1)MIPI var en kommunikasjonsprotokoll som ble brukt for å overføre kamerasinnsignaler til et innbygget prosesseringssystem i et håndholdt mobilberegnsenhetsapparat. Denne protokollen var basert på de fysiske og protokolllagsspesifikasjonene for kamera grensesnitt som er gitt av MIPI Alliance for å designe koblinger mellom kamera sensor og innbygget prosessor for å overføre bilder fra kamera sensoren til den innbygde prosessoren.

Fysisk lag og protokollag av MIPI CSI-1-spesifikasjonen bestemte de elektriske og signalkarakteristikene til det fysiske laget og protokollen og pakkestrukturen til protokollaget, henholdsvis. Det ble også brukt til å overføre bilde-data, kontroll-data og annen informasjon mellom kameraet og vertsprosessor. MIPI CSI-1 brukte en differensiell signalmetode og var i stand til å levere datatransferhastigheter på opp til 1 Gbps.

MIPI CSI-1-protokollen er en legaciesprotokoll og er erstattet av sine mer avanserte etterfølgere som CSI-2 og CSI-3. Mens den nesten er foråldret, ses CSI-1-grensesnittet fortsatt i noen eldre systemer.

4.2MIPI CSI-2

mIPI CSI-2 er den andre generasjonen av MIPI CSI-grensesnitt, også kjent som Camera Serial Interface. Lignende med CSI-1-protokollen, mIPI CSI-2 er også utviklet på grunnlag av MIPI Alliance-rammeverket og omfatter de fysiske og protokolllagene for bildedataoverføring i mobile innebygde visjonssystemer.

For øyeblikket, mipi csi 2 grensesnittet anses å være den mest brukte løsningen for kamera-prosessor-tilkobling i smarttelefoner og nettbrett. Som nevnt tidligere er MIPI CSI-2 bredt støttet av kamerasonder og innebygde prosessorer. CSI-2-protokollen gir bedre funksjonelle og tilleggskarakteristikker sammenlignet med den originale CSI-1-protokollen. mipi csi 2 er en annen grensesnittstandard som har blitt utviklet for å gi høye overføringshastigheter over den mer vanlige serielle forbindelsen og bruker differensialsignalisering på en måte som ligner på mipi csi 1mens den tilbyr datahastigheter på opptil 3,5 Gbps.

Den første versjonen av MIPI csi2 ble utgitt i 2005 og besto av følgende protokollag:

• Fysisk lag
• Banensammenligningslag
• Lavnivå-protokollag
• Konverteringslaget fra piksel til byte
• Applikasjonslag

i 2017 ble den andre versjonen av MIPI CSI-2 lansert. Denne versjonen hadde RAW-16 og RAW-20 farge dybder, 32 virtuelle kanaler, og LRTE (lav forsinkelse reduksjon og transport effektivitet). En tredje versjon av csi2 protokollen som ble utgitt i 2019 inkluderer RAW-24 fargedybde i CSI-2.

Hoveddelen består av MIPI CSI-2 standarden, og CSI-2E og CSI-2E betraktes som utvidelser av MIPI CSI-2. Disse utvidelsene er nyttige for å gi ytterligere støtte for høyere datarater, lengre kabler, forbedret feilkontroll, osv.

Ettersom MIPI CSI-2 ofte brukes og har et høy ytelsesområde, passer MIPI CSI-2 til Selvkjørende Fartøyer, Droner, Smarte Sammenhengende Byer, Biomedisinsk Avbildning og Robotikk.

5.Fordeler ved bruk av mipi-grensesnittet som en kameraforbindelsesgrense

Usb-kameraet og mipi-kameraet er to typer kamerasurensorer som i dag brukes mye i mobilapperater og innbygget visjonssystemer

Det finnes flere grunner til å bruke mipi-kameraer for mobilapperater og inbygget visjonssystemer i stedet for usb-kameraer:

• Ekosystem: MIPI Alliance har et veldig livlig 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 tyngre enn USB-kameraer, noe som er bedre for integrasjon i små, slanke enheter.
• Flexibilitet: Flexibilitet:  mipi-kamera er kompatible med mange typer prosessorer og bildesensorer, i motsetning til USB-kameraer.
• Datarate: Den mipi-kamera kan strømme bildedata med mye høyere datahastigheter enn USB-kameraer og vil derfor være nyttige for høyoppløselige og høy bildefrekvensapplikasjoner.
• Strømforbruk:  csi-kamera er veldig energieffektive, derfor kan de brukes i håndholdte enheter eller enheter som drives av batterier.

6.Framtidstrender i MIPI-teknologien

Fremtiden for mIPI teknologien er lovende, med trender som inkluderer:

• AI-integrering: Forbedre enhetskapasiteter med kunstig intelligens for bedre funksjonalitet.
• Høyere båndbredde grensesnitt: Støtte 8K-video og mer.
• Høyere energieffektivitet: Redusere strømforbruket for lengre batterilevetid.

Disse forbedringene vil fortsette å drive innovasjon i elektronikkindustrien.

A alt i alt ,MIPI-teknologien har revolusjonert koblingen innenfor elektroniske enheter, ved å tilby effektive, høyhastighets dataoverføringer samtidig som den opprettholder energieffektivitet. Å forstå MIPI-grensesnitt, protokoller og standarder er avgjørende for alle involvert i utviklingen av moderne elektronikk. Som teknologien utvikler seg, vil MIPI forblir i fronten, og drive nye muligheter og forbedringer i enhetsprestasjoner.

FAQ:

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

MIPI C-PHY bruker en tre-fase kodingsskjema for å overføre data, og tilbyr høyere båndbredde med færre pinne. MIPI D-PHY bruker differensialsignaling, som er enklere, men kan kreve flere pinner for høyere datarater.

Hvordan implementere MIPI-grensesnitt i nye design?

Å implementere MIPI-grensesnitt innebærer å velge de riktige MIPI-spesifikasjonene, integrere kompatible komponenter og sikre samsvar med MIPI-standarder for optimal ytelse og interoperabilitet.