Entendendo a interface, o protocolo e os padrões MIPI: um guia abrangente

Está provado que muito progresso no desenvolvimento de dispositivos móveis e eletrônicos foi muito facilitado pelo desenvolvimento de padrões de conectividade. Destes, a tecnologia MIPI (Mobile Industry Processor Interface) pode ser notada como sua contribuição para o desempenho e eficiência da comunicação de dados entre os componentes. Este artigo em particular pretende fornecer um conhecimento profundo da interface, protocolo e padrões MIPI e seu papel significativo na era atual da eletrônica.

1.O que é MIPI?

MIPI, ou Mobile Industrial Processor Interface, é um conjunto de interfaces padronizadas desenvolvidas pela MIPI Alliance para conectar periféricos e sensores a processadores embarcados em dispositivos móveis. A interface foi projetada para ser de baixo consumo de energia, alta velocidade e flexível, tornando-a ideal para uso em dispositivos móveis, como smartphones e tablets. Ele foi projetado para facilitar a transferência de dados em alta velocidade entre dispositivos móveis e componentes de dispositivos eletrônicos. A MIPI Alliance foi formada em 2003 por líderes do setor para desenvolver e promover padrões abertos para interfaces em setores móveis e afetados por dispositivos móveis.

2.Entendendo a interface MIPI

Uma interface em eletrônica é um limite compartilhado através do qual as informações são passadas. Existem muitos tipos diferentes de interfaces MIPI, incluindo MIPI-CSI2, MIPI D-PHY, MIPI C-PHY, MIPI M-PHY e MIPI I3C. Cada interface tem uma finalidade específica e características diferentes em termos de taxa de dados, consumo de energia e implementação da camada física.

• MIPI CSI (Interface Serial da Câmera): Usado para conectar sensores de câmera a processadores, permitindo a transmissão de dados de imagem em alta velocidade.
• MIPI DSI (Interface Serial de Exibição): Conecta monitores a processadores, garantindo comunicação eficiente e saída visual de alta qualidade.
• MIPI C-PHY e D-PHY: Interfaces de camada física para transferência de dados em alta velocidade. O C-PHY usa uma codificação trifásica, enquanto o D-PHY emprega um método de sinalização diferencial.

Essas interfaces são críticas em smartphones, tablets e outros dispositivos portáteis, onde a eficiência de espaço e energia é fundamental.

2.1Explorando o protocolo MIPI

Protocolo MIPI regem as regras para o intercâmbio de dados. Omipi-O protocolo inclui:

• MIPI CSI-2(interface serial da câmera MIPI):Um amplamente utilizadoConector MIPI para conectividade de câmera, suportando sensores de imagem de alta resolução e aplicativos de vídeo. Garante baixo consumo de energia e transferência de dados eficiente.
• MIPI DSI-2(interface serial de exibição MIPI): Projetado para interfaces de exibição, ele suporta telas de alta definição e aprimora a experiência visual com baixa latência e alta largura de banda.

O protocolo MIPI garante compatibilidade e interoperabilidade entre diferentes componentes, permitindo comunicação e funcionalidade perfeitas.

2.2Padrões MIPI

Os padrões são cruciais para garantir consistência e confiabilidade. Os principais padrões MIPI incluem:

• MIPI CSI-2: Define a interface para câmeras, suportando resolução de até 8K.
• MIPI DSI-2: Especifica a interface para monitores, garantindo altas taxas de atualização e baixo consumo de energia.
• MIPI I3C: Uma interface de sensor de última geração, oferecendo maior desempenho e eficiência de energia em comparação com o I2C.
• MIPI UniPro: Um padrão versátil para interconectar vários subsistemas dentro de um dispositivo.

A adesão a esses padrões garante que os dispositivos possam se comunicar de forma eficaz, levando a um melhor desempenho e experiência do usuário.

2.3Arquitetura MIPI

A arquitetura dos sistemas MIPI foi projetada para oferecer suporte à transferência eficiente de dados. Os principais componentes incluem:

• Controladores:Gerencie o fluxo de dados entre componentes.
• Camadas físicas (PHY): Garanta uma transmissão de sinal confiável.
• Camadas de protocolo: Governar as regras para troca de dados.

Essa arquitetura em camadas permite alto desempenho e comunicação robusta entre diferentes partes de um dispositivo.

3. Como funciona a câmera mipi?

Hoje, basicamente todos os smartphones estão equipados com câmeras. Mesmo os modelos de smartphones mais baratos são equipados com câmeras embutidas. Nesta era digital das mídias sociais, as câmeras móveis são essenciais para todos os tipos de usuários móveis.

Os sensores de câmera que suportam a interface MIPI são conhecidos como câmeras MIPI. Essas câmeras são comumente encontradas em smartphones, tablets, laptops e outros dispositivos portáteis.

Um sistema de visão incorporado para dispositivos móveis geralmente consiste nos seguintes componentes:

• Sensor de imagem:Este componente envolve a captura de imagens e como elas são digitalizadas.
• Interface MIPI: Essa interface atua essencialmente como a ponte entre o sensor da câmera e o processador host. MIPI é uma interface que especifica as camadas físicas e de protocolo a serem usadas para a transferência de imagens digitais.
• Lente:De fora para dentro: através da lente, a luz externa é então processada pelo filtro infravermelho e, em seguida, focada na superfície do sensor para gerar um sinal elétrico da luz que passa pela lente; o sinal é então digitalizado pelo A/D interno.

Portanto, a câmera mipi funciona da seguinte forma – uma imagem é gravada com a ajuda do sensor de imagem, a imagem é então transformada no domínio digital e, finalmente, o sinal é enviado ao processador através da interface MIPI. Posteriormente, o processador converte a imagem digital do objeto e a exibe na tela.

4.História evolutiva do mipi

4.1MIPI CSI-1

MIPI CSI-1 foi a primeira versão da arquitetura de interface MIPI que especificou os protocolos para conexão entre a câmera embarcada e o processador host.

Interface Serial de Câmera 1 (CSI-1)MIPI era um protocolo de comunicação usado para transmitir sinais de sensores de câmera para uma plataforma de processamento embarcada em um dispositivo de computação móvel portátil. Este protocolo foi baseado nas especificações da camada física e de protocolo para interfaces de câmera fornecidas pela MIPI Alliance para projetar interconexões entre o sensor da câmera e o processador embarcado para transferir imagens do sensor da câmera para o processador embarcado.

A camada física e a camada de protocolo da especificação MIPI CSI-1 determinaram as características elétricas e de sinalização da camada física e a estrutura de protocolo e pacote da camada de protocolo, respectivamente. Ele também foi usado para transferir dados de imagem, dados de controle e outras informações entre a câmera e o processador host. O MIPI CSI-1 empregou um método de sinalização diferencial e foi capaz de fornecer taxas de transferência de dados de até 1 Gbps.

O protocolo MIPI CSI-1 é um protocolo legado e está obsoleto por seus sucessores avançados, como CSI-2 e CSI-3. Embora quase obsoleta, a interface CSI-1 ainda é vista em alguns sistemas legados.

4.2MIPI CSI-2

MIPI CSI-2 é a segunda geração de interfaces MIPI CSI, também conhecidas como Camera Serial Interface. Semelhante ao protocolo CSI-1,MIPI CSI-2 também é desenvolvido com base na estrutura MIPI Alliance e abrange as camadas físicas e de protocolo para transporte de dados de imagem em sistemas móveis de visão embarcada.

No momento, oMIPI CSI 2 A interface é considerada a solução principal para conectividade câmera-processador em smartphones e tablets. Como afirmado anteriormente, o MIPI CSI-2 é amplamente suportado por sensores de câmera e processador embarcado. O protocolo CSI-2 fornece melhores características funcionais e adicionais em comparação com o protocolo CSI-1 original.MIPI CSI 2 é outro padrão de interface que foi desenvolvido com o objetivo de fornecer altas taxas de transferência sobre o link serial mais comum e utiliza sinalização diferencial de maneira semelhante aMIPI CSI1 oferecendo taxas de dados de até 3 . 5 Gbps.

A primeira versão do MIPIcsi2 foi lançado em 2005 e consistia nas seguintes camadas de protocolo:

• Camada física
• Camada de fusão de pista
• Camada de protocolo de baixo nível
• Camada de conversão de pixel para byte
• Camada de aplicação

2017 viu a segunda versão do MIPI CSI-2 lançada. Esta versão apresentava profundidades de cor RAW-16 e RAW-20, 32 canais virtuais e LRTE (redução de baixa latência e eficiência de transporte). Uma terceira versão docsi2 O protocolo lançado em 2019 inclui a profundidade de cor RAW-24 no CSI-2.

A parte principal consiste no padrão MIPI CSI-2, e CSI-2E e CSI-2E são considerados extensões do MIPI CSI-2. Essas extensões são úteis para fornecer suporte adicional para taxas de dados mais altas, cabos mais longos, controle de erros aprimorado, etc.

Como o MIPI CSI-2 é comumente usado e possui uma área de alto desempenho, o MIPI CSI-2 se aplica a Veículos Autônomos, Drones, Cidades Conectadas Inteligentes, Imagens Biomédicas e Robótica.

5.Vantagens de usar a interface mipi como uma interface de conector para câmeras

A câmera usb e a câmera mipi são dois tipos de sensores de câmera que atualmente são amplamente utilizados em dispositivos móveis e sistemas de visão embarcados

Existem vários motivos para usar câmeras mipi para dispositivos móveis e sistemas de visão incorporados em vez de câmeras USB:

• Ecossistema: A MIPI Alliance possui uma comunidade muito vibrante de sensores de imagem, lentes, entre outros componentes compatíveis e mais adequados para a câmera MIPI, para facilitar o desenvolvimento de sistemas baseados em câmeras MIPI.
• Tamanho e fator de forma:As câmeras MIPI são fisicamente menores e mais finas do que as câmeras USB, o que é melhor para integração em dispositivos pequenos e finos.
• Flexibilidade: Flexibilidade: Câmera MIPI são compatíveis com muitos tipos de processadores e sensores de imagem, ao contrário das câmeras USB.
• Taxa de dados: OCâmera MIPI pode transmitir os dados da imagem em taxas de dados muito mais altas do que as câmeras USB e, portanto, seria útil para aplicações de alta resolução e alta taxa de quadros.
• Consumo de energia: Câmera CSI são muito eficientes em termos energéticos, portanto, podem ser usados em dispositivos portáteis ou dispositivos que operam com baterias.

6.Tendências futuras em tecnologia MIPI

O futuro deMIPI A tecnologia é promissora, com tendências que incluem:

• Integração de IA: Aprimorando os recursos do dispositivo com inteligência artificial para melhorar a funcionalidade.
• Interfaces de maior largura de banda: Compatível com vídeo 8K e além.
• Maior eficiência energética: Reduzindo o consumo de energia para maior vida útil da bateria.

Esses avanços continuarão a impulsionar a inovação na indústria eletrônica.

Umll em todos,A tecnologia MIPI revolucionou a conectividade em dispositivos eletrônicos, fornecendo transferência de dados eficiente e de alta velocidade, mantendo a eficiência energética. Compreender as interfaces, protocolos e padrões MIPI é crucial para qualquer pessoa envolvida no desenvolvimento de eletrônicos modernos. À medida que a tecnologia evolui, o MIPI permanecerá na vanguarda, gerando novas possibilidades e melhorias no desempenho do dispositivo.

Perguntas Freqüentes:

Qual é a diferença entre MIPI C-PHY e D-PHY?

O MIPI C-PHY usa um esquema de codificação trifásico para transmitir dados, oferecendo maior largura de banda com menos pinos. O MIPI D-PHY usa sinalização diferencial, que é mais simples, mas pode exigir mais pinos para taxas de dados mais altas.

Como implementar interfaces MIPI em novos projetos?

A implementação de interfaces MIPI envolve a seleção das especificações MIPI apropriadas, a integração de componentes compatíveis e a garantia de conformidade com os padrões MIPI para desempenho e interoperabilidade ideais.