Zrozumienie interfejsu, protokołu i standardów MIPI: kompleksowy przewodnik

Udowodniono, że duży postęp w rozwoju urządzeń mobilnych i elektronicznych został znacznie ułatwiony dzięki rozwojowi standardów łączności. Spośród nich można zauważyć, że technologia MIPI (Mobile Industry Processor Interface) przyczynia się do wydajności i efektywności komunikacji danych między komponentami. Ten konkretny artykuł ma na celu dostarczenie dogłębnej wiedzy na temat interfejsu, protokołu i standardów MIPI oraz ich znaczącej roli w obecnej erze elektroniki.

1.Co to jest MIPI?

MIPI, czyli Mobile Industrial Processor Interface, to zestaw ustandaryzowanych interfejsów opracowanych przez MIPI Alliance do łączenia urządzeń peryferyjnych i czujników z procesorami wbudowanymi w urządzenia mobilne. Interfejs został zaprojektowany tak, aby był energooszczędny, szybki i elastyczny, dzięki czemu idealnie nadaje się do użytku w urządzeniach mobilnych, takich jak smartfony i tablety. Został zaprojektowany w celu ułatwienia szybkiego przesyłania danych między urządzeniami mobilnymi a komponentami urządzeń elektronicznych. MIPI Alliance zostało utworzone w 2003 roku przez liderów branży w celu opracowania i promowania otwartych standardów dla interfejsów w branżach mobilnych i dotkniętych problemami mobilnymi.

2.Zrozumienie interfejsu MIPI

Interfejs w elektronice to wspólna granica, przez którą przekazywane są informacje. Istnieje wiele różnych typów interfejsów MIPI, w tym MIPI-CSI2, MIPI D-PHY, MIPI C-PHY, MIPI M-PHY i MIPI I3C. Każdy interfejs ma określony cel i różne cechy pod względem szybkości transmisji danych, zużycia energii i implementacji warstwy fizycznej.

• MIPI CSI (interfejs szeregowy kamery): Służy do łączenia czujników kamer z procesorami, umożliwiając szybką transmisję danych obrazu.
• MIPI DSI (Interfejs szeregowy wyświetlacza): Łączy wyświetlacze z procesorami, zapewniając wydajną komunikację i wysokiej jakości wydruk wizualny.
• MIPI C-PHY i D-PHY: Interfejsy warstwy fizycznej do szybkiego przesyłania danych. C-PHY wykorzystuje kodowanie trójfazowe, podczas gdy D-PHY wykorzystuje metodę sygnalizacji różnicowej.

Interfejsy te mają kluczowe znaczenie w smartfonach, tabletach i innych urządzeniach przenośnych, gdzie przestrzeń i wydajność energetyczna są najważniejsze.

2.1Poznawanie protokołu MIPI

Protokół MIPI regulują zasady wymiany danych. TenMIPI-Protokół obejmuje:

• MIPI CSI-2(Interfejs szeregowy kamery MIPI):Szeroko stosowanyZłącze MIPI do podłączenia kamery, obsługi przetworników obrazu o wysokiej rozdzielczości i aplikacji wideo. Zapewnia niskie zużycie energii i wydajny transfer danych.
• MIPI DSI-2(interfejs szeregowy wyświetlacza MIPI): Zaprojektowany z myślą o interfejsach wyświetlania, obsługuje ekrany o wysokiej rozdzielczości i poprawia wrażenia wizualne dzięki niskim opóźnieniom i dużej przepustowości.

Protokół MIPI zapewnia kompatybilność i interoperacyjność między różnymi komponentami, umożliwiając bezproblemową komunikację i funkcjonalność.

2.2Standardy MIPI

Normy mają kluczowe znaczenie dla zapewnienia spójności i niezawodności. Do najważniejszych standardów MIPI należą:

• MIPI CSI-2: Definiuje interfejs dla kamer, obsługując rozdzielczość do 8K.
• MIPI DSI-2: Określa interfejs dla wyświetlaczy, zapewniając wysokie częstotliwości odświeżania i niskie zużycie energii.
• MIPI I3C: Interfejs czujnika nowej generacji, oferujący wyższą wydajność i energooszczędność w porównaniu z I2C.
• MIPI UniPro: Wszechstronny standard łączenia różnych podsystemów w urządzeniu.

Przestrzeganie tych standardów zapewnia, że urządzenia mogą się skutecznie komunikować, co prowadzi do lepszej wydajności i komfortu użytkowania.

2.3Architektura MIPI

Architektura systemów MIPI została zaprojektowana tak, aby wspierać wydajny transfer danych. Kluczowe komponenty obejmują:

• Kontrolery:Zarządzanie przepływem danych między komponentami.
• Warstwy fizyczne (PHY): Zapewnij niezawodną transmisję sygnału.
• Warstwy protokołu: Reguluj zasady wymiany danych.

Ta warstwowa architektura zapewnia wysoką wydajność i niezawodną komunikację między różnymi częściami urządzenia.

3. Jak działa kamera mipi?

Obecnie w zasadzie wszystkie smartfony są wyposażone w aparaty fotograficzne. Nawet najtańsze modele smartfonów są wyposażone we wbudowane aparaty. W tej cyfrowej erze mediów społecznościowych aparaty mobilne są niezbędne dla wszystkich typów użytkowników mobilnych.

Czujniki kamer obsługujące interfejs MIPI są znane jako kamery MIPI. Aparaty te są powszechnie spotykane w smartfonach, tabletach, laptopach i innych urządzeniach przenośnych.

Wbudowany system wizyjny dla urządzeń mobilnych składa się zazwyczaj z następujących elementów:

• Przetwornik obrazu:Ten komponent obejmuje przechwytywanie obrazów i sposób ich digitalizacji.
• Interfejs MIPI: Ten interfejs zasadniczo działa jako pomost między czujnikiem kamery a procesorem hosta. MIPI to interfejs, który określa warstwy fizyczne i protokoły, które mają być używane do przesyłania obrazów cyfrowych.
• Soczewka:Od zewnątrz do wewnątrz: przez soczewkę światło zewnętrzne jest następnie przetwarzane przez filtr podczerwieni, a następnie skupiane na powierzchni czujnika, aby wygenerować sygnał elektryczny ze światła przechodzącego przez soczewkę; sygnał jest następnie digitalizowany przez wewnętrzny przetwornik analogowo-cyfrowy.

Dlatego kamera mipi działa w następujący sposób – obraz jest rejestrowany za pomocą przetwornika obrazu, obraz jest następnie przekształcany w domenę cyfrową, a na końcu sygnał jest wysyłany do procesora przez interfejs MIPI. Procesor później konwertuje cyfrowy obraz obiektu i wyświetla go na ekranie.

4.Historia ewolucyjna mipi

4.1MIPI CSI-1

MIPI CSI-1 był pierwszą wersją architektury interfejsu MIPI, która określiła protokoły połączenia między wbudowaną kamerą a procesorem hosta.

Camera Serial Interface 1 (CSI-1)MIPI był protokołem komunikacyjnym używanym do przesyłania sygnałów z czujników kamery do wbudowanej platformy przetwarzania w przenośnym urządzeniu komputerowym. Protokół ten został oparty na specyfikacjach warstwy fizycznej i warstwy protokołu dla interfejsów kamer dostarczonych przez MIPI Alliance do projektowania połączeń między czujnikiem kamery a wbudowanym procesorem do przesyłania obrazów z czujnika kamery do wbudowanego procesora.

Warstwa fizyczna i warstwa protokołu specyfikacji MIPI CSI-1 określiły odpowiednio charakterystykę elektryczną i sygnalizacyjną warstwy fizycznej oraz strukturę protokołu i pakietów warstwy protokołu. Był również używany do przesyłania danych obrazu, danych sterujących i innych informacji między kamerą a procesorem hosta. MIPI CSI-1 wykorzystywał metodę sygnalizacji różnicowej i był w stanie zapewnić szybkość przesyłania danych do 1 Gb/s.

Protokół MIPI CSI-1 jest starszym protokołem i jest przestarzały przez jego zaawansowanych następców, takich jak CSI-2 i CSI-3. Chociaż interfejs CSI-1 jest prawie przestarzały, jest nadal widoczny w niektórych starszych systemach.

4.2MIPI CSI-2

Konsola MIPI CSI-2 to druga generacja interfejsów MIPI CSI, znana również jako Camera Serial Interface. Podobnie jak protokół CSI-1,Konsola MIPI CSI-2 jest również rozwijany w oparciu o ramy MIPI Alliance i obejmuje warstwę fizyczną i protokołową transportu danych obrazowych w mobilnych wbudowanych systemach wizyjnych.

W chwili obecnejmipi csi 2 Interfejs jest uważany za główne rozwiązanie do łączności aparatu z procesorem w smartfonach i tabletach. Jak wspomniano wcześniej, MIPI CSI-2 jest szeroko obsługiwany przez czujniki kamery i wbudowany procesor. Protokół CSI-2 zapewnia lepszą funkcjonalność i dodatkowe cechy w porównaniu z oryginalnym protokołem CSI-1.mipi csi 2 to kolejny standard interfejsu, który został opracowany w celu zapewnienia wysokich prędkości transferu za pośrednictwem bardziej powszechnego łącza szeregowego i wykorzystuje sygnalizację różnicową w sposób podobny domipi csi1 oferując jednocześnie szybkość transmisji danych do 3 . 5 Gb/s.

Pierwsza wersja MIPIKryminalne zagadki świata2 został wydany w 2005 roku i składał się z następujących warstw protokołu:

• Warstwa fizyczna
• Warstwa łączenia pasów ruchu
• Warstwa protokołu niskiego poziomu
• Warstwa konwersji piksel na bajt
• Warstwa aplikacji

W 2017 roku ukazała się druga wersja MIPI CSI-2. Ta wersja zawierała głębie kolorów RAW-16 i RAW-20, 32 kanały wirtualne i LRTE (redukcja niskich opóźnień i wydajność transportu). Trzecia wersjaKryminalne zagadki świata2 Protokół wydany w 2019 roku obejmuje głębię kolorów RAW-24 w CSI-2.

Główna część składa się ze standardu MIPI CSI-2, a CSI-2E i CSI-2E są uważane za rozszerzenia MIPI CSI-2. Te rozszerzenia są przydatne do zapewnienia dodatkowej obsługi wyższych szybkości transmisji danych, dłuższych, lepszej kontroli błędów itp.

Ponieważ MIPI CSI-2 jest powszechnie stosowany i ma obszar o wysokiej wydajności, MIPI CSI-2 ma zastosowanie do pojazdów autonomicznych, dronów, inteligentnych połączonych miast, obrazowania biomedycznego i robotyki.

5.Zalety stosowania interfejsu mipi jako interfejsu konektora dla kamer

Kamera USB i kamera mipi to dwa rodzaje czujników kamery, które są obecnie szeroko stosowane w urządzeniach mobilnych i wbudowanych systemach wizyjnych

Istnieje kilka powodów, dla których warto używać kamer mipi do urządzeń mobilnych i wbudowanych systemów wizyjnych, a nie kamer USB:

• Ekosystem: MIPI Alliance ma bardzo dynamiczną społeczność czujników obrazu, obiektywów i innych komponentów, które są kompatybilne i najlepiej nadają się do kamer MIPI w celu łatwego tworzenia systemów opartych na kamerach MIPI.
• Rozmiar i forma:Kamery MIPI są fizycznie mniejsze i smuklejsze niż kamery USB, co lepiej nadaje się do integracji z małymi, smukłymi urządzeniami.
• Elastyczność: Elastyczność: Kamera MIPI są kompatybilne z wieloma typami procesorów i czujników obrazu, w przeciwieństwie do kamer USB.
• Szybkość transmisji danych: TenKamera MIPI może przesyłać strumieniowo dane obrazu ze znacznie większą szybkością niż kamery USB, a zatem byłby przydatny w zastosowaniach o wysokiej rozdzielczości i dużej liczbie klatek na sekundę.
• Pobór: Kamera CSI są bardzo energooszczędne, dlatego mogą być stosowane w urządzeniach przenośnych lub urządzeniach zasilanych bateriami.

6.Przyszłe trendy w technologii MIPI

PrzyszłośćProtokół MIPI Technologia jest obiecująca, a trendy obejmują m.in.:

• Integracja ze sztuczną inteligencją: Zwiększanie możliwości urządzenia za pomocą sztucznej inteligencji w celu poprawy funkcjonalności.
• Interfejsy o wyższej przepustowości: Obsługa wideo 8K i nie tylko.
• Większa efektywność energetyczna: Zmniejszenie zużycia energii w celu wydłużenia żywotności baterii.

Postępy te będą nadal napędzać innowacje w przemyśle elektronicznym.

ATo wszystko jest w tonie niezrozumiałym dla,Technologia MIPI zrewolucjonizowała łączność w urządzeniach elektronicznych, zapewniając wydajny, szybki transfer danych przy zachowaniu wydajności energetycznej. Zrozumienie interfejsów, protokołów i standardów MIPI ma kluczowe znaczenie dla każdego, kto zajmuje się rozwojem nowoczesnej elektroniki. Wraz z rozwojem technologii MIPI pozostanie w czołówce, napędzając nowe możliwości i ulepszenia wydajności urządzeń.

FAQ:

Jaka jest różnica między MIPI C-PHY a D-PHY?

MIPI C-PHY wykorzystuje trójfazowy schemat kodowania do przesyłania danych, oferując większą przepustowość przy mniejszej liczbie pinów. MIPI D-PHY wykorzystuje sygnalizację różnicową, która jest prostsza, ale może wymagać większej liczby pinów w celu uzyskania wyższych szybkości transmisji danych.

Jak zaimplementować interfejsy MIPI w nowych projektach?

Implementacja interfejsów MIPI obejmuje wybór odpowiednich specyfikacji MIPI, integrację kompatybilnych komponentów i zapewnienie zgodności ze standardami MIPI w celu uzyskania optymalnej wydajności i interoperacyjności.