Razumevanje MIPI sučelja, protokola i standarda: kompletan vodič

Dokazano je da je mnogo napretka u razvoju mobilnih i elektronskih uređaja znatno olakšano razvojem standarda povezivanja. Između ovih, MIPI (Mobile Industry Processor Interface) tehnologiju može se istaći zbog njenog doprinosa u performansi i efikasnosti komunikacije podataka između komponenti. Ovaj članak posebno namenjen je pružanje dubljeg znanja o MIPI sučelju, protokolu i standardima i njihovoj važnoj ulozi u trenutnu eru elektronike.

1.Šta je MIPI?

MIPI, ili Mobile Industrial Processor Interface, je skup standardizovanih sučelja razvijenih od strane MIPI Alianse za povezivanje pribora i senzora sa ugrađenim procesorima unutar mobilnih uređaja. Sučelje je dizajnirano da bude niskopotrosno, visokobrzinasto i fleksibilno, što ga čini idealnim za upotrebu u mobilnim uređajima kao što su pametni telefoni i tableti. Dizajniran je kako bi omogućio visokobrzinski prijenos podataka između mobilnih uređaja i komponenti elektronskih uređaja. MIPI Aliansa je osnovana 2003. godine od strane industrijskih vodstvenika kako bi razvila i promovala otvorene standarde za sučelja u mobilnoj i mobilno uticajućoj industriji.

2.Razumevanje MIPI sučelja

Sučelje u elektronici je zajednička granica preko koje se informacije prosleđuju. Postoji mnogo različitih vrsta MIPI sučelja, uključujući MIPI-CSI2, MIPI D-PHY, MIPI C-PHY, MIPI M-PHY i MIPI I3C. Sva sučelja imaju specifičnu namenu i različite karakteristike u pogledu brzine prijenosa podataka, potrošnje energije i implementacije fizičkog sloja.

• MIPI CSI (Camera Serial Interface): Koristi se za povezivanje senzora kamera sa procesorima, omogućavajući visok brzi prenos podataka o slici.
• MIPI DSI (Display Serial Interface): Povezuje displeje sa procesorima, obezbeđujući efikasnu komunikaciju i visokokvalitetni vizuelni izlaz.
• MIPI C-PHY i D-PHY: Fizički sloj interfejsa za visok brzi prenos podataka. C-PHY koristi trofazno kodiranje, dok D-PHY koristi diferencijalnu signalizaciju.

Ove su sučelja ključnog značaja u pametnim telefonima, tabletima i drugim prijenosnim uređajima, gdje je prostor i učinkovitost potrošnje energije od ključne važnosti.

2.1Istraživanje MIPI protokola

mipi protokol  uređuju pravila za razmenu podataka. Protokol mipi- uključuje:

• MIPI CSI-2 (mipi kamera serijski interfejs) : Široko korišćen mipi konektor za povezivanje kamera, podržavajući senzore slike visoke rezolucije i video aplikacije. Obezbeđuje nisku potrošnju energije i efikasan prenos podataka.
• MIPI DSI-2 (mipi serijalni prikazni interfejs) :Dizajniran za interfejse displeja, podržava ekrane visoke definicije i poboljšava vizuelno iskustvo sa niskom latencijom i visokim propusnim opsegom.

MIPI protokol osigurava kompatibilnost i međusobnu radljivost između različitih komponenti, omogućavajući neprekidnu komunikaciju i funkcionalnost.

2.2MIPI Standardi

Standardi su ključni za osiguravanje konzistentnosti i pouzdanosti. Ključni MIPI standardi uključuju:

• MIPI CSI-2: Definiše interfejs za kamere, podržavajući do 8K rezolucije.
• MIPI DSI-2: Specifikuje interfejs za displeje, obezbeđujući visoke frekvencije osvežavanja i nisku potrošnju energije.
• MIPI I3C: Interfejs senzora nove generacije, koji nudi bolje performanse i efikasnost u potrošnji energije u poređenju sa I2C.
• MIPI UniPro: Svestrani standard za međusobno povezivanje različitih podsistema unutar uređaja.

Pouzivanje ovih standarda osigurava da uređaji mogu da komuniciraju učinkovito, što vodi do boljeg performansa i iskustva korisnika.

2.3MIPI Arhitektura

Arhitektura MIPI sistema je dizajnirana za podršku efikasnom prenosu podataka. Ključne komponente uključuju:

• Kontroleri: Upravljanje protokom podataka između komponenti.
• Fizičke slojeve (PHY): Obezbedite pouzdan prenos signala.
• Protokolski slojevi: Upravlja pravilima za razmenu podataka.

Ova slojevana arhitektura omogućava visoki performanse i čvrstu komunikaciju između različitih delova uređaja.

3. Kako radi MIPI kamera?

Danas, gotovo svi pametni uređaji imaju kamere. Čak i najjeftinije modele pametnih telefona imaju ugrađene kamere. U ovoj digitalnoj eri društvenih medija, mobilne kamere su neophodne za sve vrste korisnika mobilnih uređaja.

Senzori kamere koji podržavaju MIPI sučelje poznati su kao MIPI kamere. Ove kamere se često mogu pronaći u pametnim telefonima, tabletima, laptopovima i drugim prijenosnim uređajima.

Ugrađeni vidni sistem za mobilne uređaje obično se sastoji od sledećih komponenti:

• Senzor slike: Ova komponenta uključuje snimanje slika i način njihove digitalizacije.
• MIPI sučelje: Ovaj interfejs suštinski deluje kao most između senzora kamere i host procesora. MIPI je interfejs koji specificira fizičke i protokol slojeve koji se koriste za prenos digitalnih slika.
• Leća: Sa vanjske strane unutra: kroz Linsu, vanjsko svetlo zatim obrađuje IR filter i fokusira se na površinu Senzora kako bi generisao električni signal od svetlosti koja prolazi kroz Linsu; signal je zatim digitalizovan unutarnjim A/D.

Stoga, MIPI kamera radi na sledeći način – slika se snima pomoću senzora slike, slika se zatim transformiše u digitalnu domenu, a na kraju se signal šalje procesoru kroz MIPI sučelje. Procesor kasnije pretvara digitalnu sliku objekta i prikazuje je na ekranu.

4.Evolucijska istorija MIPI

4.1MIPI CSI-1

MIPI CSI-1 je bio prvi izdanje arhitekture MIPI sučelja koja je odredila protokole za vezu između ugrađene kamere i glavnog procesora.

Serijski sučelja kamere 1 (CSI-1)MIPI je bio komunikacioni protokol koji se koristio za slanje signala senzora kamere na ugrađenu procesorsku platformu u mobilnom računarskom uređaju. Ovaj protokol je baziran na fizičkim i protokolnim specifikacijama za kamerne sučelja date od strane MIPI Alianse za dizajniranje spojeva između senzora kamere i ugrađenog procesora za prenos slika sa senzora kamere na ugrađeni procesor.

Fizički sloj i protokolski sloj specifikacije MIPI CSI-1 su odredili električne i signališke karakteristike fizičkog sloja, kao i strukturu protokola i paketa protokolskog sloja, redom. Koristilo se takođe za prenos sličnih podataka, upravnih podataka i drugih informacija između kamere i glavnog procesora. MIPI CSI-1 koristi metodu diferencijalnog signalizovanja i može pružiti brzinu prenosa podataka do 1 Gbps.

MIPI CSI-1 protokol je zastarao protokol i zamoren je svojim naprednijim naslednicima poput CSI-2 i CSI-3. Iako je gotovo zastareo, CSI-1 sučelje se još uvijek vidi u nekim zastarelim sistemima.

4.2MIPI CSI-2

mIPI CSI-2 je druga generacija MIPI CSI interfejsa poznata i kao Kamera Serijski Interfejs. Slično CSI-1 protokolu, mIPI CSI-2 je takođe razvijen na osnovu MIPI Alijanse i obuhvata fizičke i protokol slojeve za transport podataka o slikama u mobilnim ugrađenim vizionim sistemima.

U trenutku, mipi csi 2 interfejs se smatra glavnim rešenjem za povezivanje kamere i procesora u pametnim telefonima i tabletima. Kao što je ranije navedeno, MIPI CSI-2 je široko podržan od strane senzora kamere i ugrađenih procesora. CSI-2 protokol pruža bolje funkcionalne i dodatne karakteristike u poređenju sa originalnim CSI-1 protokolom. mipi csi 2 je još jedan standard interfejsa koji je razvijen u svrhu pružanja visokih brzina prenosa preko uobičajene serijske veze i koristi diferencijalno signalizovanje na način sličan mipi csi 1dok nudi brzine prenosa podataka do 3 . 5 Gbps.

Prva verzija MIPI csi2 je objavljen 2005. godine i sastoji se od sledećih protokolskih slojeva:

• Fizički sloj
• Sloj spajanja traka
• Niskonivo protokolski sloj
• Слој за конверзију пиксела у байт
• Апликациона слој

2017. је изашла друга верзија MIPI CSI-2. Ова верзија имала је бојне дубине RAW-16 и RAW-20, 32 виртуелна канала и LRTE (нисколатентни редукovanje и ефикасност преноса). Трећа верзија csi2 protokol objavljen 2019. uključuje RAW-24 dubinu boje u CSI-2.

Главни део састоји се од стандарда MIPI CSI-2, а CSI-2E и CSI-2E се штеде као проширења MIPI CSI-2. Ова проширења су корисна за обезбеђивање додатне подршке за вишеПрепоручени податковни тротежи, дуже каблова, побољшу контролу грешака итд.

Кako је MIPI CSI-2 често коришћен и има област високе перформансе, MIPI CSI-2 се примењује у автономним возилима, дроновима, мрежама pametnih градова, биомедичкој сликању и роботици.

5.Предности коришћења интерфејса mipi као конектор интерфејса за камере

USB камера и Mipi камера су два типа камера сензора који се trenutno широм користе у мобилним уређајима и уградjenim системима визије

Postoji nekoliko razloga zašto se miPI kamerice koriste za mobilne uređaje i ugrađene sisteme sa vidom umesto USB kamerica:

• Ekosistem: MIPI Alijansa ima veoma živu zajednicu senzora slika, sočiva i drugih komponenti koje su kompatibilne i najbolje prilagođene za MIPI kamere za laku razvoj sistema zasnovanih na MIPI kamerama.
• Veličina i oblik: MIPI kamerice su fizički manje i širenje od USB kamerica, što je bolje za integraciju u male, šire uređaje.
• G fleksibilnost: Flexibility:  miPI kamera su kompatibilne sa mnogim tipovima procesora i senzora slika, za razliku od USB kamera.
• Brzina prijenosa podataka: The miPI kamera mogu strimovati podatke o slici na mnogo višim brzinama prenosa podataka nego USB kamere i stoga bi bile korisne za aplikacije visoke rezolucije i visoke brzine kadrova.
• Potrošnja električne energije:  cSI kamera su veoma energetski efikasne, stoga se mogu koristiti u prenosivim uređajima ili uređajima koji rade na baterije.

6.Buduće trendovi u MIPI tehnologiji

Будућност mIPI tehnologija je obećavajuća, sa trendovima koji uključuju:

• Integracija AI: Povećanje mogućnosti uređaja uz veštačku inteligenciju za poboljšanu funkcionalnost.
• Sučelja većeg propusnog šira: Podrška za 8K video i više.
• Veća energetska učinkovitost: Smanjenje potrošnje energije za duži vek trajanja baterije.

Ovi napredci će nastaviti da podstiču inovacije u elektronskoj industriji.

А ukupno uzeto ,MIPI tehnologija je revolucionisala povezivanje unutar elektronskih uređaja, pružajući efikasnu, visokobrzu prenosu podataka sa zadržavanjem energetske učinkovitosti. Razumevanje MIPI sučelja, protokola i standarda ključno je za bilo koga koji radi na razvoju savremenih elektronika. Kako se tehnologija razvija, MIPI će ostati na čelu, otvarajući nove mogućnosti i poboljšanja u performansama uređaja.

Česta pitanja:

Koja je razlika između MIPI C-PHY i D-PHY?

MIPI C-PHY koristi tri fazne shemu kodiranja za prenos podataka, pružajući veći propusni širu sa manje pin-ova. MIPI D-PHY koristi diferencijalno signalizovanje, što je jednostavnije, ali može zahtevati više pin-ova za više brzinu prenosa podataka.

Kako implementirati MIPI sučelja u nove dizajne?

Implementacija MIPI sučelja uključuje izbor odgovarajućih MIPI specifikacija, integraciju kompatibilnih komponenti i osiguravanje saglasnosti sa MIPI standardima za optimalnu performansu i međusobnu interoperabilnost.