Понимание интерфейса, протокола и стандартов MIPI: подробное руководство

Было доказано, что большой прогресс в развитии мобильных и электронных устройств был в значительной степени облегчен развитием стандартов связи. Из них можно отметить технологию MIPI (Mobile Industry Processor Interface) как ее вклад в производительность и эффективность передачи данных между компонентами. Данная статья призвана обеспечить глубокое знание интерфейса, протокола и стандартов MIPI и их важной роли в современной эре электроники.

1.Что такое MIPI?

MIPI (Mobile Industrial Processor Interface) — это набор стандартизированных интерфейсов, разработанных MIPI Alliance для подключения периферийных устройств и датчиков к встроенным процессорам в мобильных устройствах. Интерфейс разработан таким образом, чтобы быть маломощным, высокоскоростным и гибким, что делает его идеальным для использования в мобильных устройствах, таких как смартфоны и планшеты. Он предназначен для обеспечения высокоскоростной передачи данных между мобильными устройствами и компонентами электронных устройств. Альянс MIPI был основан в 2003 году лидерами отрасли для разработки и продвижения открытых стандартов для интерфейсов в мобильных и затронутых отраслях.

2.Общие сведения об интерфейсе MIPI

Интерфейс в электронике — это общая граница, через которую передается информация. Существует множество различных типов интерфейсов MIPI, включая MIPI-CSI2, MIPI D-PHY, MIPI C-PHY, MIPI M-PHY и MIPI I3C. Каждый интерфейс имеет определенное назначение и различные характеристики с точки зрения скорости передачи данных, энергопотребления и реализации физического уровня.

• MIPI CSI (последовательный интерфейс камеры): Используется для подключения датчиков камеры к процессорам, обеспечивая высокоскоростную передачу данных изображения.
• MIPI DSI (последовательный интерфейс дисплея): Подключает дисплеи к процессорам, обеспечивая эффективную связь и высококачественный визуальный результат.
• MIPI C-PHY и D-PHY: Интерфейсы физического уровня для высокоскоростной передачи данных. C-PHY использует трехфазное кодирование, в то время как D-PHY использует метод дифференциальной передачи сигналов.

Эти интерфейсы имеют решающее значение в смартфонах, планшетах и других портативных устройствах, где пространство и энергоэффективность имеют первостепенное значение.

2.1Изучение протокола MIPI

Протокол MIPI Регулируют правила обмена данными. ТемМипи-Протокол включает в себя:

• MIPI CSI-2(Последовательный интерфейс камеры MIPI):Широко используетсяРазъем MIPI Для подключения камер, поддержки датчиков изображения с высоким разрешением и видеоприложений. Это обеспечивает низкое энергопотребление и эффективную передачу данных.
• MIPI DSI-2(Последовательный интерфейс дисплея MIPI): Разработанный для интерфейсов дисплея, он поддерживает экраны высокой четкости и улучшает визуальное восприятие с низкой задержкой и высокой пропускной способностью.

Протокол MIPI обеспечивает совместимость и взаимодействие между различными компонентами, обеспечивая бесперебойную связь и функциональность.

2.2Стандарты MIPI

Стандарты имеют решающее значение для обеспечения согласованности и надежности. Основные стандарты MIPI включают в себя:

• MIPI CSI-2: Определяет интерфейс для камер, поддерживающих разрешение до 8K.
• MIPI DSI-2: Определяет интерфейс для дисплеев, обеспечивая высокую частоту обновления и низкое энергопотребление.
• MIPI I3C: Сенсорный интерфейс нового поколения, обеспечивающий более высокую производительность и энергоэффективность по сравнению с I2C.
• MIPI UniPro: Универсальный стандарт для соединения различных подсистем внутри устройства.

Соблюдение этих стандартов обеспечивает эффективную связь между устройствами, что приводит к повышению производительности и удобства работы пользователей.

2.3Архитектура MIPI

Архитектура систем MIPI разработана для поддержки эффективной передачи данных. Ключевые компоненты включают в себя:

• Контроллеры:Управляйте потоком данных между компонентами.
• Физические слои (PHY): Обеспечьте надежную передачу сигнала.
• Уровни протокола: Управление правилами обмена данными.

Эта многоуровневая архитектура обеспечивает высокую производительность и надежную связь между различными частями устройства.

3. Как работает камера mipi?

Сегодня практически все смартфоны оснащены камерами. Даже самые дешевые модели смартфонов оснащены встроенными камерами. В наш цифровой век социальных сетей мобильные камеры являются обязательным атрибутом для всех типов мобильных пользователей.

Датчики камеры, поддерживающие интерфейс MIPI, известны как камеры MIPI. Эти камеры обычно используются в смартфонах, планшетах, ноутбуках и других портативных устройствах.

Встраиваемая система машинного зрения для мобильных устройств обычно состоит из следующих компонентов:

• Датчик изображения:Этот компонент включает в себя захват изображений и то, как они оцифровываются.
• Интерфейс MIPI: Этот интерфейс по сути выступает в качестве моста между сенсором камеры и хост-процессором. MIPI — это интерфейс, который определяет физические и протокольные уровни, которые будут использоваться для передачи цифровых изображений.
• Линза:Снаружи внутрь: через линзу внешний свет затем обрабатывается ИК-фильтром, а затем фокусируется на поверхности датчика для генерации электрического сигнала от света, проходящего через линзу; затем сигнал оцифровывается внутренним аналого-цифровым устройством.

Таким образом, MIPI-камера работает следующим образом – изображение записывается с помощью датчика изображения, затем изображение преобразуется в цифровую область, и, наконец, сигнал отправляется на процессор через интерфейс MIPI. В дальнейшем процессор преобразует цифровое изображение объекта и выводит его на экран.

4.Эволюционная история mipi

4.1MIPI CSI-1

MIPI CSI-1 был первой версией архитектуры интерфейса MIPI, в которой были заданы протоколы для соединения между встроенной камерой и хост-процессором.

Camera Serial Interface 1 (CSI-1)MIPI — протокол связи, который использовался для передачи сигналов датчиков камеры на встроенную платформу обработки данных в портативном мобильном вычислительном устройстве. Этот протокол был основан на спецификациях физического и протокольного уровней для интерфейсов камер, предоставленных MIPI Alliance для проектирования межсоединений между сенсором камеры и встроенным процессором для передачи изображений с сенсора камеры на встроенный процессор.

Физический уровень и протокольный уровень спецификации MIPI CSI-1 определяли электрические и сигнальные характеристики физического уровня, а также протокольную и пакетную структуру протокольного уровня, соответственно. Он также использовался для передачи данных изображения, управляющих данных и другой информации между камерой и хост-процессором. MIPI CSI-1 использовал дифференциальный метод передачи сигналов и был способен обеспечивать скорость передачи данных до 1 Гбит/с.

Протокол MIPI CSI-1 является устаревшим протоколом и устарел для его продвинутых преемников, таких как CSI-2 и CSI-3. Несмотря на то, что интерфейс CSI-1 почти устарел, он все еще присутствует в некоторых устаревших системах.

4.2MIPI CSI-2

MIPI CSI-2 — это второе поколение интерфейсов MIPI CSI, также известных как последовательный интерфейс камеры. Аналогично протоколу CSI-1,MIPI CSI-2 также разработан на основе фреймворка MIPI Alliance и охватывает физический и протокольный уровни для передачи данных изображений в мобильных встраиваемых системах машинного зрения.

На данный моментMIPI CSI 2 Интерфейс считается основным решением для подключения камеры к процессору в смартфонах и планшетах. Как уже говорилось ранее, MIPI CSI-2 широко поддерживается камерами, сенсорами и встроенным процессором. Протокол CSI-2 обеспечивает лучшие функциональные и дополнительные характеристики по сравнению с оригинальным протоколом CSI-1.MIPI CSI 2 является еще одним стандартом интерфейса, который был разработан с целью обеспечения высоких скоростей передачи данных по более распространенному последовательному каналу и использует дифференциальную передачу сигналов способом, аналогичнымMIPI CSI1 при этом предлагая скорость передачи данных до 3 . 5 Гбит/с.

Первая версия MIPICSI2 был выпущен в 2005 году и состоял из следующих уровней протокола:

• Физический уровень
• Слой слияния полос движения
• Низкоуровневый уровень протокола
• Слой преобразования пикселей в байты
• Прикладной слой

В 2017 году вышла вторая версия MIPI CSI-2. Эта версия отличалась глубиной цвета RAW-16 и RAW-20, 32 виртуальными каналами и LRTE (снижение низкой задержки и эффективность транспорта). Третья версияCSI2 Протокол, выпущенный в 2019 году, включает в себя глубину цвета RAW-24 в CSI-2.

Основная часть состоит из стандарта MIPI CSI-2, а CSI-2E и CSI-2E рассматриваются как расширения MIPI CSI-2. Эти расширения полезны для обеспечения дополнительной поддержки более высоких скоростей передачи данных, более длинных кабелей, улучшенного контроля ошибок и т. д.

Поскольку MIPI CSI-2 широко используется и имеет высокопроизводительную область, MIPI CSI-2 применяется к автономным транспортным средствам, беспилотным летательным аппаратам, умным подключенным городам, биомедицинской визуализации и робототехнике.

5.Преимущества использования интерфейса mipi в качестве интерфейса разъема для камер

USB-камера и камера mipi — это два типа камерных датчиков, которые в настоящее время широко используются в мобильных устройствах и встраиваемых системах машинного зрения

Есть несколько причин использовать камеры mipi для мобильных устройств и встраиваемых систем машинного зрения, а не USB-камеры:

• Экосистема: MIPI Alliance имеет очень активное сообщество датчиков изображения, объективов и других компонентов, которые совместимы и лучше всего подходят для камеры MIPI для упрощения разработки систем на основе камер MIPI.
• Размер и форм-фактор:Камеры MIPI физически меньше и тоньше, чем USB-камеры, что лучше подходит для интеграции в небольшие тонкие устройства.
• Гибкость: Гибкость: Камера MIPI совместимы со многими типами процессоров и датчиков изображения, в отличие от USB-камер.
• Скорость передачи данных: ТемКамера MIPI может передавать данные изображения с гораздо более высокой скоростью передачи данных, чем USB-камеры, и, следовательно, будет полезен для приложений с высоким разрешением и высокой частотой кадров.
• Энергопотребление: Камера CSI очень энергоэффективны, поэтому их можно использовать в ручных устройствах или устройствах, работающих от батареек.

6.Будущие тенденции в технологии MIPI

БудущееМИПИ Технологии являются многообещающими, с такими тенденциями, как:

• Интеграция с искусственным интеллектом: Расширение возможностей устройства с помощью искусственного интеллекта для улучшения функциональности.
• Интерфейсы с более высокой пропускной способностью: Поддержка видео 8K и выше.
• Повышенная энергоэффективность: Снижение энергопотребления для увеличения срока службы батареи.

Эти достижения будут продолжать стимулировать инновации в электронной промышленности.

All во всех,Технология MIPI произвела революцию в подключении электронных устройств, обеспечив эффективную высокоскоростную передачу данных при сохранении энергоэффективности. Понимание интерфейсов, протоколов и стандартов MIPI имеет решающее значение для всех, кто участвует в разработке современной электроники. По мере развития технологий MIPI будет оставаться на переднем крае, открывая новые возможности и улучшая производительность устройств.

Вопросы и ответы:

В чем разница между MIPI C-PHY и D-PHY?

MIPI C-PHY использует трехфазную схему кодирования для передачи данных, обеспечивая более высокую пропускную способность с меньшим количеством контактов. MIPI D-PHY использует дифференциальную передачу сигналов, которая проще, но может потребовать больше контактов для более высоких скоростей передачи данных.

Как реализовать интерфейсы MIPI в новых проектах?

Реализация интерфейсов MIPI включает в себя выбор соответствующих спецификаций MIPI, интеграцию совместимых компонентов и обеспечение соответствия стандартам MIPI для обеспечения оптимальной производительности и совместимости.