ทําความเข้าใจอินเทอร์เฟซ โปรโตคอล และมาตรฐาน MIPI: คู่มือฉบับสมบูรณ์

ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าความก้าวหน้าอย่างมากในการพัฒนาอุปกรณ์พกพาและอิเล็กทรอนิกส์ได้รับการอํานวยความสะดวกอย่างมากจากการพัฒนามาตรฐานการเชื่อมต่อ ในจํานวนนี้ เทคโนโลยี MIPI (Mobile Industry Processor Interface) สามารถสังเกตได้ว่ามีส่วนช่วยในด้านประสิทธิภาพและประสิทธิภาพของการสื่อสารข้อมูลระหว่างส่วนประกอบ บทความนี้ตั้งใจที่จะให้ความรู้เชิงลึกเกี่ยวกับอินเทอร์เฟซ โปรโตคอล และมาตรฐาน MIPI และบทบาทสําคัญในยุคปัจจุบันของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

1.MIPI คืออะไร?

MIPI หรือ Mobile Industrial Processor Interface เป็นชุดของอินเทอร์เฟซมาตรฐานที่พัฒนาโดย MIPI Alliance สําหรับเชื่อมต่ออุปกรณ์ต่อพ่วงและเซ็นเซอร์กับโปรเซสเซอร์แบบฝังตัวภายในอุปกรณ์มือถือ อินเทอร์เฟซได้รับการออกแบบให้ใช้พลังงานต่ํา ความเร็วสูง และยืดหยุ่น จึงเหมาะสําหรับใช้ในอุปกรณ์พกพา เช่น สมาร์ทโฟนและแท็บเล็ต ออกแบบมาเพื่ออํานวยความสะดวกในการถ่ายโอนข้อมูลความเร็วสูงระหว่างอุปกรณ์มือถือและส่วนประกอบอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ MIPI Alliance ก่อตั้งขึ้นในปี 2003 โดยผู้นําในอุตสาหกรรมเพื่อพัฒนาและส่งเสริมมาตรฐานแบบเปิดสําหรับอินเทอร์เฟซในอุตสาหกรรมมือถือและมือถือที่ได้รับผลกระทบ

2.ทําความเข้าใจอินเทอร์เฟซ MIPI

อินเทอร์เฟซในอิเล็กทรอนิกส์เป็นขอบเขตที่ใช้ร่วมกันซึ่งข้อมูลจะถูกส่งผ่าน อินเทอร์เฟซ MIPI มีหลายประเภท รวมถึง MIPI-CSI2, MIPI D-PHY, MIPI C-PHY, MIPI M-PHY และ MIPI I3C อินเทอร์เฟซแต่ละตัวมีจุดประสงค์เฉพาะและลักษณะที่แตกต่างกันในแง่ของอัตราข้อมูล การใช้พลังงาน และการใช้งานเลเยอร์ทางกายภาพ

• MIPI CSI (อินเทอร์เฟซอนุกรมของกล้อง): ใช้สําหรับเชื่อมต่อเซ็นเซอร์กล้องกับโปรเซสเซอร์ทําให้สามารถส่งข้อมูลภาพได้ความเร็วสูง
• MIPI DSI (อินเทอร์เฟซอนุกรมการแสดงผล): เชื่อมต่อจอแสดงผลกับโปรเซสเซอร์ เพื่อให้มั่นใจได้ถึงการสื่อสารที่มีประสิทธิภาพและเอาต์พุตภาพคุณภาพสูง
• MIPI C-PHY และ D-PHY: อินเทอร์เฟซเลเยอร์ทางกายภาพสําหรับการถ่ายโอนข้อมูลความเร็วสูง C-PHY ใช้การเข้ารหัสสามเฟส ในขณะที่ D-PHY ใช้วิธีการส่งสัญญาณที่แตกต่างกัน

อินเทอร์เฟซเหล่านี้มีความสําคัญอย่างยิ่งในสมาร์ทโฟนแท็บเล็ตและอุปกรณ์พกพาอื่น ๆ ซึ่งพื้นที่และประสิทธิภาพการใช้พลังงานเป็นสิ่งสําคัญยิ่ง

2.1สํารวจโปรโตคอล MIPI

โปรโตคอล MIPI ควบคุมกฎสําหรับการแลกเปลี่ยนข้อมูล พื้นที่มิปิ-โปรโตคอลประกอบด้วย:

• มิพีไอ CSI-2(อินเทอร์เฟซอนุกรมของกล้อง MIPI):ใช้กันอย่างแพร่หลายขั้วต่อ MIPI สําหรับการเชื่อมต่อกล้อง รองรับเซ็นเซอร์ภาพความละเอียดสูงและแอพพลิเคชั่นวิดีโอ ช่วยให้มั่นใจได้ถึงการใช้พลังงานต่ําและการถ่ายโอนข้อมูลที่มีประสิทธิภาพ
• มิพีไอ DSI-2(อินเทอร์เฟซอนุกรมจอแสดงผล MIPI): ออกแบบมาสําหรับอินเทอร์เฟซการแสดงผล รองรับหน้าจอความละเอียดสูงและปรับปรุงประสบการณ์การรับชมด้วยเวลาแฝงต่ําและแบนด์วิดท์สูง

โปรโตคอล MIPI ช่วยให้มั่นใจได้ถึงความเข้ากันได้และการทํางานร่วมกันระหว่างส่วนประกอบต่างๆ ทําให้สามารถสื่อสารและการทํางานได้อย่างราบรื่น

2.2มาตรฐาน MIPI

มาตรฐานมีความสําคัญต่อการรับรองความสม่ําเสมอและความน่าเชื่อถือ มาตรฐาน MIPI ที่สําคัญ ได้แก่ :

• MIPI CSI-2: กําหนดอินเทอร์เฟซสําหรับกล้อง รองรับความละเอียดสูงสุด 8K
• MIPI DSI-2: ระบุอินเทอร์เฟซสําหรับจอแสดงผล เพื่อให้มั่นใจได้ถึงอัตราการรีเฟรชสูงและใช้พลังงานต่ํา
• MIPI I3C: อินเทอร์เฟซเซ็นเซอร์รุ่นต่อไป ให้ประสิทธิภาพและประสิทธิภาพการใช้พลังงานที่สูงขึ้นเมื่อเทียบกับ I2C
• MIPI UniPro: · มาตรฐานอเนกประสงค์สําหรับการเชื่อมต่อระบบย่อยต่างๆ ภายในอุปกรณ์

การปฏิบัติตามมาตรฐานเหล่านี้ช่วยให้มั่นใจได้ว่าอุปกรณ์สามารถสื่อสารได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งนําไปสู่ประสิทธิภาพและประสบการณ์ผู้ใช้ที่ดีขึ้น

2.3สถาปัตยกรรม MIPI

สถาปัตยกรรมของระบบ MIPI ได้รับการออกแบบมาเพื่อรองรับการถ่ายโอนข้อมูลที่มีประสิทธิภาพ ส่วนประกอบหลัก ได้แก่ :

• ตัวควบคุม:จัดการการไหลของข้อมูลระหว่างส่วนประกอบ
• เลเยอร์ทางกายภาพ (PHY): ตรวจสอบการส่งสัญญาณที่เชื่อถือได้
• เลเยอร์โปรโตคอล: ควบคุมกฎสําหรับการแลกเปลี่ยนข้อมูล

สถาปัตยกรรมแบบเลเยอร์นี้ช่วยให้มีประสิทธิภาพสูงและการสื่อสารที่มีประสิทธิภาพระหว่างส่วนต่างๆ ของอุปกรณ์

3.กล้อง mipi ทํางานอย่างไร?

วันนี้โดยพื้นฐานแล้วอุปกรณ์สมาร์ทโฟนทั้งหมดมีกล้อง แม้แต่สมาร์ทโฟนรุ่นที่ถูกที่สุดก็มีกล้องในตัว ในยุคดิจิทัลของโซเชียลมีเดียกล้องมือถือเป็นสิ่งที่ต้องมีสําหรับผู้ใช้มือถือทุกประเภท

เซ็นเซอร์กล้องที่รองรับอินเทอร์เฟซ MIPI เรียกว่ากล้อง MIPI กล้องเหล่านี้มักพบในสมาร์ทโฟนแท็บเล็ตแล็ปท็อปและอุปกรณ์พกพาอื่น ๆ

ระบบการมองเห็นแบบฝังตัวสําหรับอุปกรณ์มือถือมักจะประกอบด้วยส่วนประกอบต่อไปนี้:

• เซ็นเซอร์ภาพ:ส่วนประกอบนี้เกี่ยวข้องกับการจับภาพและวิธีการแปลงเป็นดิจิทัล
• อินเทอร์เฟซ MIPI: อินเทอร์เฟซนี้ทําหน้าที่เป็นสะพานเชื่อมระหว่างเซ็นเซอร์กล้องและโปรเซสเซอร์โฮสต์ MIPI เป็นอินเทอร์เฟซที่ระบุเลเยอร์ทางกายภาพและโปรโตคอลที่จะใช้สําหรับการถ่ายโอนภาพดิจิทัล
• เลนส์:จากภายนอกสู่ภายใน: ผ่านเลนส์แสงภายนอกจะถูกประมวลผลโดยตัวกรอง IR จากนั้นโฟกัสที่พื้นผิวเซ็นเซอร์เพื่อสร้างสัญญาณไฟฟ้าจากแสงที่ผ่านเลนส์ จากนั้นสัญญาณจะถูกแปลงเป็นดิจิทัลโดย A/D ภายใน

ดังนั้นกล้อง mipi จึงทํางานดังนี้ – ภาพจะถูกบันทึกด้วยความช่วยเหลือของเซ็นเซอร์ภาพ จากนั้นภาพจะถูกแปลงเป็นโดเมนดิจิทัล และสุดท้าย สัญญาณจะถูกส่งไปยังโปรเซสเซอร์ผ่านอินเทอร์เฟซ MIPI โปรเซสเซอร์จะแปลงภาพดิจิทัลของวัตถุในภายหลังและแสดงบนหน้าจอ

4.ประวัติวิวัฒนาการของ mipi

4.1มิพีไอ CSI-1

MIPI CSI-1 เป็นเวอร์ชันแรกของสถาปัตยกรรมอินเทอร์เฟซ MIPI ซึ่งระบุโปรโตคอลสําหรับการเชื่อมต่อระหว่างกล้องฝังตัวและโปรเซสเซอร์โฮสต์

Camera Serial Interface 1 (CSI-1)MIPI เป็นโปรโตคอลการสื่อสารที่ใช้สําหรับการส่งสัญญาณเซ็นเซอร์กล้องไปยังแพลตฟอร์มการประมวลผลแบบฝังตัวในอุปกรณ์คอมพิวเตอร์เคลื่อนที่แบบใช้มือถือ โปรโตคอลนี้อิงตามข้อกําหนดเลเยอร์ทางกายภาพและโปรโตคอลสําหรับอินเทอร์เฟซกล้องที่จัดทําโดย MIPI Alliance สําหรับการออกแบบการเชื่อมต่อระหว่างเซ็นเซอร์กล้องและโปรเซสเซอร์แบบฝังตัวสําหรับการถ่ายโอนภาพจากเซ็นเซอร์กล้องไปยังโปรเซสเซอร์แบบฝังตัว

เลเยอร์ทางกายภาพและเลเยอร์โปรโตคอลของข้อกําหนด MIPI CSI-1 กําหนดลักษณะทางไฟฟ้าและการส่งสัญญาณของเลเยอร์ทางกายภาพและโปรโตคอลและโครงสร้างแพ็กเก็ตของเลเยอร์โปรโตคอลตามลําดับ นอกจากนี้ยังใช้ในการถ่ายโอนข้อมูลภาพ ข้อมูลการควบคุม และข้อมูลอื่นๆ ระหว่างกล้องและโปรเซสเซอร์โฮสต์ MIPI CSI-1 ใช้วิธีการส่งสัญญาณที่แตกต่างกันและสามารถให้อัตราการถ่ายโอนข้อมูลได้สูงถึง 1 Gbps

โปรโตคอล MIPI CSI-1 เป็นโปรโตคอลรุ่นเก่าและเลิกใช้โดยผู้สืบทอดขั้นสูง เช่น CSI-2 และ CSI-3 แม้ว่าจะเกือบล้าสมัย แต่อินเทอร์เฟซ CSI-1 ยังคงพบเห็นในระบบเดิมบางระบบ

4.2มิพีไอ CSI-2

มิปิ CSI-2 เป็นอินเทอร์เฟซ MIPI CSI รุ่นที่สองหรือที่เรียกว่า Camera Serial Interface คล้ายกับโปรโตคอล CSI-1มิปิ CSI-2 ยังได้รับการพัฒนาบนพื้นฐานของกรอบงาน MIPI Alliance และครอบคลุมเลเยอร์ทางกายภาพและโปรโตคอลสําหรับการขนส่งข้อมูลภาพในระบบการมองเห็นแบบฝังตัวบนมือถือ

ในขณะนี้มิปิ ซีเอสไอ 2 อินเทอร์เฟซถือเป็นโซลูชันหลักสําหรับการเชื่อมต่อโปรเซสเซอร์กล้องในสมาร์ทโฟนและแท็บเล็ต ดังที่ระบุไว้ก่อนหน้านี้ MIPI CSI-2 ได้รับการสนับสนุนอย่างกว้างขวางโดยเซ็นเซอร์กล้องและโปรเซสเซอร์แบบฝังตัว โปรโตคอล CSI-2 ให้ฟังก์ชันการทํางานและคุณสมบัติเพิ่มเติมที่ดีกว่าเมื่อเทียบกับโปรโตคอล CSI-1 ดั้งเดิมมิปิ ซีเอสไอ 2 เป็นอีกหนึ่งมาตรฐานอินเทอร์เฟซที่ได้รับการพัฒนาเพื่อจุดประสงค์ในการให้อัตราการถ่ายโอนสูงผ่านลิงค์อนุกรมทั่วไปและใช้การส่งสัญญาณที่แตกต่างกันในลักษณะที่คล้ายกับมิปิ ซีเอสไอ1 ในขณะที่เสนออัตราข้อมูลสูงถึง 3 . 5 กิโลวัตต์ชั่วโมง

รุ่นแรกของ MIPIซีเอสไอ 2 เปิดตัวในปี 2005 และประกอบด้วยเลเยอร์โปรโตคอลต่อไปนี้:

• เลเยอร์ทางกายภาพ
• เลเยอร์การควบรวมเลน
• เลเยอร์โปรโตคอลระดับต่ํา
• เลเยอร์การแปลงพิกเซลเป็นไบต์
• เลเยอร์แอปพลิเคชัน

ปี 2017 ได้เปิดตัว MIPI CSI-2 เวอร์ชันที่สอง เวอร์ชันนี้มีความลึกของสี RAW-16 และ RAW-20 ช่องสัญญาณเสมือน 32 ช่อง และ LRTE (การลดเวลาแฝงต่ําและประสิทธิภาพการขนส่ง) เวอร์ชันที่สามของซีเอสไอ 2 โปรโตคอลที่เปิดตัวในปี 2019 รวมถึงความลึกของสี RAW-24 ใน CSI-2

ส่วนหลักประกอบด้วยมาตรฐาน MIPI CSI-2 และ CSI-2E และ CSI-2E ถือเป็นส่วนขยายของ MIPI CSI-2 ส่วนขยายเหล่านี้มีประโยชน์ในการให้การสนับสนุนเพิ่มเติมสําหรับอัตราข้อมูลที่สูงขึ้นสายเคเบิลที่ยาวขึ้นการควบคุมข้อผิดพลาดที่ดีขึ้นเป็นต้น

เนื่องจาก MIPI CSI-2 มักใช้กันทั่วไปและมีพื้นที่ประสิทธิภาพสูง MIPI CSI-2 จึงใช้กับยานพาหนะอัตโนมัติ โดรน เมืองที่เชื่อมต่ออัจฉริยะ การถ่ายภาพชีวการแพทย์ และหุ่นยนต์

5.ข้อดีของการใช้อินเทอร์เฟซ mipi เป็นอินเทอร์เฟซตัวเชื่อมต่อสําหรับกล้อง

กล้อง usb และกล้อง mipi เป็นเซ็นเซอร์กล้องสองประเภทที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์พกพาและระบบการมองเห็นแบบฝังตัว

มีเหตุผลหลายประการในการใช้กล้อง mipi สําหรับอุปกรณ์พกพาและระบบการมองเห็นแบบฝังตัวแทนที่จะใช้กล้อง usb:

• ระบบนิเวศ: MIPI Alliance มีชุมชนที่มีชีวิตชีวามากของเซ็นเซอร์ภาพ เลนส์ และส่วนประกอบอื่นๆ ที่เข้ากันได้และเหมาะที่สุดสําหรับกล้อง MIPI เพื่อการพัฒนาระบบที่ใช้กล้อง MIPI ได้ง่าย
• ขนาดและฟอร์มแฟคเตอร์:กล้อง MIPI มีขนาดเล็กและบางกว่ากล้อง USB ซึ่งดีกว่าสําหรับการรวมเข้ากับอุปกรณ์ขนาดเล็กและบาง
• ความยืดหยุ่น: ความยืดหยุ่น: กล้อง MIPI เข้ากันได้กับโปรเซสเซอร์และเซ็นเซอร์ภาพหลายประเภทซึ่งแตกต่างจากกล้อง USB
• อัตราข้อมูล: พื้นที่กล้อง MIPI สามารถสตรีมข้อมูลภาพด้วยอัตราข้อมูลที่สูงกว่ากล้อง USB มาก ดังนั้นจึงเป็นประโยชน์สําหรับการใช้งานที่มีความละเอียดสูงและอัตราเฟรมสูง
• พลังงาน: กล้อง CSI ประหยัดพลังงานมากดังนั้นจึงสามารถใช้ในอุปกรณ์พกพาหรืออุปกรณ์ที่ทํางานโดยใช้แบตเตอรี่

6.แนวโน้มในอนาคตของเทคโนโลยี MIPI

อนาคตของมิปิ เทคโนโลยีมีแนวโน้มที่ดี โดยมีแนวโน้ม ได้แก่ :

• การรวม AI: เพิ่มขีดความสามารถของอุปกรณ์ด้วยปัญญาประดิษฐ์เพื่อฟังก์ชันการทํางานที่ดีขึ้น
• อินเทอร์เฟซแบนด์วิดท์ที่สูงขึ้น: รองรับวิดีโอ 8K และอื่น ๆ
• ประสิทธิภาพการใช้พลังงานที่มากขึ้น: ลดการใช้พลังงานเพื่ออายุการใช้งานแบตเตอรี่ที่ยาวนานขึ้น

ความก้าวหน้าเหล่านี้จะยังคงขับเคลื่อนนวัตกรรมในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์

All ในทั้งหมด,เทคโนโลยี MIPI ได้ปฏิวัติการเชื่อมต่อภายในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ให้การถ่ายโอนข้อมูลความเร็วสูงที่มีประสิทธิภาพในขณะที่ยังคงประสิทธิภาพการใช้พลังงาน การทําความเข้าใจอินเทอร์เฟซโปรโตคอลและมาตรฐานของ MIPI เป็นสิ่งสําคัญสําหรับทุกคนที่เกี่ยวข้องกับการพัฒนาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ทันสมัย เมื่อเทคโนโลยีพัฒนาขึ้น MIPI จะยังคงอยู่ในระดับแนวหน้า ขับเคลื่อนความเป็นไปได้ใหม่ๆ และการปรับปรุงประสิทธิภาพของอุปกรณ์

คำถามที่ถามบ่อย:

ความแตกต่างระหว่าง MIPI C-PHY และ D-PHY คืออะไร?

MIPI C-PHY ใช้รูปแบบการเข้ารหัสสามเฟสเพื่อส่งข้อมูล โดยให้แบนด์วิดท์ที่สูงขึ้นด้วยพินที่น้อยลง MIPI D-PHY ใช้การส่งสัญญาณดิฟเฟอเรนเชียล ซึ่งง่ายกว่า แต่อาจต้องใช้พินมากขึ้นสําหรับอัตราข้อมูลที่สูงขึ้น

จะใช้อินเทอร์เฟซ MIPI ในการออกแบบใหม่ได้อย่างไร

การใช้อินเทอร์เฟซ MIPI เกี่ยวข้องกับการเลือกข้อกําหนด MIPI ที่เหมาะสม การรวมส่วนประกอบที่เข้ากันได้ และรับรองว่าสอดคล้องกับมาตรฐาน MIPI เพื่อประสิทธิภาพสูงสุดและการทํางานร่วมกัน