MIPI协议及应用
Mobile Industry Processor Interface MIPI
MIPI
Mobile Industry Processor Interface 簡稱MIPI；MIPI（移動產業處理器接口）是MIPI聯盟發起的為移動應用處理器制定的開放標準和一個規范。
The MIPI? Alliance
MIPI聯盟成立于2003年，是移動行業發展的關鍵時刻。當時供應商預見了智能多媒體手機令人激動人心的市場，但基本接口技術的分散化阻礙了產品設計和開發。由ARM，諾基亞，ST和德州儀器（TI）組成的四家公司成立了該組織，以整合界面，鼓勵其使用并在業界推動移動設備創新。
目前董事會成員：
MIPI聯盟是一個標準組織，旨在促進移動設計中的硬件和軟件標準化，以簡化眾多不同且快速變化的技術的集成。該聯盟的使命是通過建立移動設備內的硬件和軟件接口標準來使整個移動行業受益。聯盟認為，開放性和標準化推動了移動設備的市場增長，并解決了設計人員，開發人員和制造商當前面臨的眾多障礙。
目前，有250多家成員公司積極參與聯盟，制定規范以提高處理器和外圍設備接口的一致性，促進移動設備的重用性和兼容性。
MIPI的特點
MIPI它產生的規格可最大程度地重復利用設計，推動創新并縮短所有參與者的產品上市時間。與其他數字標準（例如USB或PCIe）相反，是整體的即包含協議層和物理（PHY）層，大多數高速MIPI標準都沒有，即不同的協議駐留在同一公共PHY層上。
MIPI的應用
移動行業處理器接口（MIPI?）標準定義了設計移動設備的行業規范，比如智能手機、平板電腦、便攜式電腦和混合設備。MIPI 接口在 5G 移動設備、互聯汽車和物聯網（IoT）解決方案中，具有極其重要的戰略作用。
MIPI物理層規范
MIPI 標準定義了三種獨特的物理層（PHY）規范，分別如下：
1、MIPI D-PHY
2、MIPI M-PHY
3、MIPI C-PHY。
MIPI D-PHY 和 C-PHY 物理層支持攝像和顯示應用；
M-PHY則是更高性能的攝像、存儲和 “芯片到芯片（chip-to-chip）” 的應用；
MIPI聯盟規范
CSI-3和UFS使用UniPro協議棧層，以黃色表示為M-PHY與相機、顯示器；M-PHY與UFS；M-PHY與Inter Processor更高層協議層（如M-PCIe）之間的中間接口。
MIPI的多媒體協議，如下圖包含相機、顯示器、觸摸屏、UFS存儲、音視頻的應用。
注：UFS是新一代存儲，旨在替換eMMC的應用。關于USB想要了解的可以查看我之前的博文：
UFS存儲介紹
C-PHY和D-PHY的差異
D-PHY是一種串行接口技術，它使用帶差分信號的可擴展數據通道和帶寬有限的通道以及源同步時鐘來支持帶寬受限的通道，以支持用于顯示器和照相機等流應用的節能接口。
它為受益于此的應用程序提供半雙工行為雙向通信，傳輸速率高達每通道2.5吉比特（2.5Gbps）。
C-PHY需要很少的傳輸介質通道，不需要單獨的時鐘通道，并提供了靈活性，可以通過軟件控制將任意通道的任意組合分配給應用處理器上的任何端口。
由于基本電氣規范的相似性，C-PHY和D-PHY可以在同一設備引腳上實現。三相符號編碼技術在每個通道的三線導體組上每個符號提供大約2.28位。這樣可以以較低的觸發頻率實現更高的數據速率，從而進一步降低功耗。
下面為兩者連接對比圖，可以看到兩者差異：
D-PHY的配置，需要時鐘差分線路做同步使用；
C-PHY，無需使用時鐘作參考；
PHY對應的測試項
M-PHY
M-PHY是具有超高帶寬功能的嵌入式時鐘串行接口技術，專門針對移動應用程序的極端性能和低功耗要求而開發。
M-PHY當前支持以下協議：
CSI-3，UFS，DigRF，UniPro，LLI，SSIC和M-PCIe。
這些不同的協議涵蓋從高級相機到高速存儲器的應用，在這些應用中，低引腳數，通道可擴展性和電源效率是最重要的要求。高M-PHY數據速率以及多通道測試以及大量的一致性測試要求使得驗證M-PHY層成為一項挑戰。為了完全測試該層的功能，必須對發送器（Tx）和接收器（Rx）進行表征。發射機確認正在檢查設備/ DUT是否正在正確發送信號。示波器用于顯示/顯示結果。
另一方面，接收器位于傳輸鏈的末端。到達其輸入的信號通常會降級并攜帶雜質。這些雜質可能來自相關的變送器，也可能在從TX到RX的過程中被吸收。信號降級主要是由于信道損耗。 RX在接收器壓力測試期間仍然能夠正確檢測數字內容。
MIPI D-PHY
D-PHY是一種用于帶寬受限通道的PHY層接口技術，如今已被諸如串行顯示接口（DSI）和相機串行接口（CSI）協議之類的流應用程序使用。
它具有支持可擴展性的多通道體系結構。當工作在高速模式下時，它使用具有差分信令和源同步時鐘的NRZ數據格式。后者允許它調整數據傳輸速率以匹配視頻幀大小和速率的要求。通過這種和無端接的低功耗模式，它具有很高的功耗效率。
從低功耗到高速模式（反之亦然）的過渡階段中的時序測量在D-PHY接口上得到了強調，這是因為接收器終端的開-關切換，因此為了使接口正常工作，信號必須滿足許多時序要求。D-PHY測試的其他挑戰是低速和高速信號的共同存在。
MIPI C-PHY
MIPI C-PHY是串行總線，支持與D-PHY相同的顯示和攝像頭接口。
高速模式下的C-PHY數據傳輸使用3級3線方案，形成一個通道，每個符號可以傳輸2.28位。與D-PHY相比，這可以提供更高的數據速率，而無需增加觸發速率和功耗。C-PHY時鐘被嵌入或編碼到數據中。與D-PHY相比，這節省了兩條線以及相關的電源。
數據編碼可確保在每個符號邊界處都有過渡，從而可以實現基于邏輯（非PLL）的RX時鐘恢復，從而保留了D-PHY的數據速率靈活性。
通過將時鐘嵌入數據，它還提供了靈活性，可以將任意組合的任意通道分配給任何端口通過軟件控制在應用程序處理器上。
由于基本電氣規范（以及整個低功耗模式）的相似性，C-PHY和D-PHY可以在同一器件引腳上實現。
早期的PHY速率大小
D-PHY的速率是要小于C-PHY的速率，M-PHY的速率也是較小的，但是都存在高配置的版本。（如下是C-PHY-1.0、D-PHY1.2、M-PHY3.1版本的比較）
協議測試（Specification）
對您的移動計算設計有廣泛而深刻的見解。協議驗證主要發生在接口層。具有MIPI規范的物理（PHY）層支持許多不同的協議。
包含：CSI-2，DSI-1，DigRF，CSI-3，UFS，UniPro，SSIC和MPCIe都有不同的協議要求和測試。
MIPI相關協議（Specification）
注：以下的協議是會員才可以獲得的，普通用戶并沒有直接的權限來獲取到這些文件的，且在Bing上檢索也無法獲取，只能獲取極少的相關信息，無法得到協議原文。只有極少數是公開版本，但是需要一系列注冊才可以。
Audio
MIPI SLIMbus? v2.0 (18-Nov-2015)
MIPI SoundWire? v1.2 (22-Apr-2019)
Camera & Imaging
MIPI CCS? v1.1, MIPI Camera Command Set (12-Dec-2019)
MIPI CSI-2? v3.0, MIPI Camera Serial Interface 2 (10-Sep-2019)
MIPI CSI-3? v1.1, MIPI Camera Serial Interface 3 (12-Mar-2014)
MIPI CPI? v1.0, MIPI Camera Parallel Interface (23-Mar-2004)
MIPI CSI? v1.0, MIPI Camera Serial Interface (23-Mar-2004)
Chip-to-Chip/IPC
MIPI DigRF? v4 v1.2 (4-Feb-2014)
MIPI Dual Mode? 2.5G / 3G RFIC v3.09.06 (05-Aug-2011)
MIPI LLI? v2.1, MIPI Low Latency Interface (07-Nov-2014)
MIPI UniPro? v1.8 (11-Jan-2018)
Control & Data
MIPI BIF? v1.1.1, MIPI Battery Interface (10-Mar-2015)
MIPI BIF? Hardware Abstraction Layer v1.0 (22-May-2013)
MIPI eTrak? v1.1, MIPI Envelope Tracking Interface (10-Sep-2014)
MIPI I3C? v1.1, MIPI Improved Inter Integrated Circuit (11-Dec-2019)
MIPI I3C Basic? v1.0 (8-Oct-2018)
MIPI RFFE? v2.1, MIPI RF Front-End Control Interface (23-April-2018)
MIPI SPMI? v2.0, MIPI System Power Management (28-Aug-2012)
Debug & Trace
MIPI Gigabit Debug for IPS v1.0 (29-Jul-2016)
MIPI Gigabit Debug for USB v1.1 (02-Mar-2018)
MIPI HTI v1.0, MIPI High-Speed Trace Interface (29-Jul-2016)
MIPI NIDnT? v1.2, MIPI Narrow Interface for Debug and Test (05-Dec-2017)
MIPI PTI? v2.0, MIPI Parallel Trace Interface (12-Oct-2011)
MIPI SPP? v2.0, MIPI SneakPeek Protocol (23-July-2019)
MIPI STP? v2.2, MIPI System Trace Protocol (11-Feb-2016)
MIPI SyS-T? v1.0, MIPI System Software – Trace (09-Apr-2018)
MIPI TWP? v1.1, MIPI Trace Wrapper Protocol (18-Dec-2014)
Display & Touch
MIPI ALI3C? v1.0, MIPI ALI3C? v1.0 (09-Apr-2018)
MIPI DBI? v1.0, MIPI Display Bus Interface (22-Mar-2004)
MIPI DBI-2?, MIPI Display Bus Interface 2 (16-Nov-2005)
MIPI DCS? v1.4, MIPI Display Command Set (02-May-20186)
MIPI DPI-2? v2.00, MIPI Display Pixel Interface 2 (23-Jan-2006)
MIPI DPI? v1.0, MIPI Display Pixel Interface (23-Mar-2004)
MIPI DSI-2? v1.1, MIPI Display Serial Interface 2 (02-May-2018)
MIPI DSI? v1.3.1, MIPI Display Serial Interface (17-Dec-2015)
MIPI SDF? v1.0, MIPI Stereoscopic Display Formats (14-Mar-2012)
MIPI TCS? v1.0, MIPI Touch Command Set (09-Apr-2018)
Physical Layers
MIPI C-PHY? v2.0 (09-Sep-2019)
MIPI D-PHY? v2.5 (17-Oct-2019)
MIPI M-PHY? v4.1 (28-Mar-2017)
MIPI HSI? v1.01, MIPI High-Speed Synchronous Serial Interface (25-Jan-2009)
Software Integration
MIPI DDB? v1.0, MIPI Device Descriptor Block (12-Oct-2011)
MIPI DisCo? v1.0, MIPI Discovery and Configuration (DisCo) Specification (28-Dec-2016)
MIPI DisCo for I3C (18-Jun-2019)
MIPI DisCo for NIDnT (24-Oct-2017)
MIPI DisCo for SoundWire v1.0 (28-Mar-2017)
MIPI I3C? HCI? v1.0 (29-Sep-2017)
攝像頭、相機部分實際應用
如下面的兩個圖所示，現在很多攝像頭、相機部分的接口都是MIPI接口的，其適用性、普遍性都很好。
第一個框圖里面的CSI-2即就是描述的MIPI里面的 C-PHY部分的協議。
以下是安霸公司的一款主控，主要用于監控領域，我們可以看到這個芯片的攝像機視頻輸入部分就是MIPI接口的。
C-PHY最少需要三個引腳，而不是四個，并提供與D-PHY的逐針向后兼容性。設計人員可以實現獨立的C-PHY，D-PHY或組合C / D-PHY選項，以確保長期的設計可行性。CSI-2協議包含傳輸和應用程序層，并且本機支持C-PHY，D-PHY或組合C / D-PHY。
兩種物理層選項的攝像機控制接口都是雙向的，并且與I2C標準兼容。CSI-2規范定義了作為外圍設備的相機與主機處理器（通常是基帶應用引擎）之間的標準數據傳輸和控制接口。
如下是STMIPID02產品的實際應用
STMIPID02是針對移動照相電話應用的雙模式MIPI CSI-2 / SMIA CCP2解串器。
CSI-2是通道可擴展的規范。需要比一個數據通道提供更多帶寬的應用程序或那些試圖避免高時鐘速率的應用程序可以將數據路徑擴展到兩個，三個或四個通道，并在峰值總線帶寬上獲得近似線性的增加。
virtual channel
虛擬信道標識符包含在數據標識符字節的兩個MS位中。
數據類型值包含在數據標識符字節的六個LS位中。
虛擬通道標識符的目的是為交錯在數據流中的不同數據流提供單獨的通道。
虛擬通道標識符號在數據標識符字節的高兩位中。
接收器監視虛擬頻道標識符，并將交錯的視頻流解復用到其適當的頻道。
最多支持四個數據流； 有效通道標識符的范圍是0到3。
外設中的虛擬通道標識符必須是可編程的，以使主機處理器能夠控制數據流的解復用方式。
個人觀點
綜述，這些東西現在實際應用很多，但是我們只注意到了實際的應用，并未去關心這些相關的測試，應該來說，對于這些協議的測試才是最難的部分，但是目前我們只是關注的系統的性能，不會去關注每個接口的性能，所以這也是一個問題。就像我們使用監控，我們只會注意攝像的成像是否存在問題，軟件的配置是否有問題，而不會去關心到底攝像頭部分和CPU連接部分的數據速率到底怎么樣？當然，如果成像是在是太差了，這個時候我們才可能去單獨測試這一部分的物理層電信號性能測試。
如下：
對于MIPI接口的了解我只是了解了最初、最基本、最簡單的一些概念，而且MIPI每年都會持續的改進、增加相關的協議，所以要想繼續了解，需要多關注MIPI官網相關信息，才能更好地了解；除此之外，相關的測試機構應該對于MIPI的研究是要強于應用設計廠商的，大部分的廠商應該都是屬于應用廠商，這樣的話我們僅僅關心整個產品的性能，會忽視掉產品內部每個器件的性能，這對于設計師來講是不利的，但是這也是實在的問題，因為從事設計人員是要在很短的時間把產品推向市場。所以還是要靠自己去學習新的知識，講個笑話，實際上很多硬件設備公司都沒有自己的示波器，應該都是租借的，且高精度超高帶寬的更沒有了，所以你拿什么來測試呢？
Reference
1.https://mipi.org/
2.https://www.mipi.org/current-specifications
3.http://www.ti.com/lit/ds/symlink/sn65dphy440ss.pdf
4.https://www.st.com/resource/en/datasheet/stmipid02.pdf
2020-4-21 晚
總結
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