一、基本概念介绍

CSI-2替MIPI定义了两种高速数据传输接口（物理层选项）和一组控制接口标准

  • D-PHY物理层选项
  • C-PHY物理层选项
  • CCI（Camera Control Interface)

1.1、Dphy

MIPI联盟定义的常见D-PHY接口支持高速（HS）和低速（LP）模式，分为

  • 2组差分时钟
  • 1组或多组差分数据通道

1.2、Cphy

另一种常见的C-PHY接口，为1路或多路单向3-write串行数据通道，每路都有自己的时钟

1.3、Mphy

二、CSI-2 Layer定义

CSI-2就协议的层级来看，大致可以分成3层：

  • 物理层（PHY Layer）：定义传输媒介、电器特性、IO电路、同步机制、制定SoT（Start of Transmission）和EoT（End of Ttransmission）信号等，M-PHY、D-PHY和C-PHY
  • 协议层（Protocol Layer）：定义传输数据时，如何标记和交错多个数据流，以便接收端重建每个数据流
  • 应用层（Application Layer：对数据流进行处理，如分析、编解码等

2.1、物理层

MIPI会通过CSI的LDF（Lane Distribution Function）将数据平均且有序地分配到每一条Lane，然后通过LMF（Lane Merging Function）将数据重新整合成一条数据Lane

2.1.1、DPHY LDF

2.1.2、DPHY LMF

2.1.3、CPHY LDF

2.1.4、CPHY LMF

2.2、协议层（Protocol Layer）

MIPI协议层可以分为3级

  • 通道管理（Lane Managerment）：将传输的数据流分配到一个或者多个通道，并在接收端回复原始数据流
  • LLP（Low Level Protocol）：将数据里封装成不同形式的长包和短包
  • 封拆像素包（Pixel Packing/Unpacking）：传输端将像素包拆为bytes，接收端将bytes还原

2.2.1、LLP

LLP是一种面向字节、基于数据包的协议、支持使用短包和长包格式传输任意数据。主要特性如下：

  • 8-bit
  • 每条link最大支持4个VC Channels
  • 数据的类型、像素深度和格式的描述符

三、MIPI数据传输

我们前面说到LLP里包括了长包和短包，那么到底什么是短包？什么是长包？

在介绍数据传输之前，我们需要先来了解一下MIPI中的Data Type

3.1、Data Type（DT）

在我们日常的工作中，可能经常会听到，“sensor输出的Image raw DT是0x2b，输出的PD raw DT是0x30”，那么这里说的DT是什么意思呢？

不管是长包短包，我们都需要指定数据包的数据类型，也就是Data Type，不同的Data Type代表不同的含义

  • 短包DT范围：0x00~0x0F
  • 长包DT范围：0x10~0x37

3.1.1、短包DT

短包分为帧同步和行同步（意思就是，MIPI数据在传输的过程中，传递完一行数据、或者传递完一帧数据，都会发送一个短包作为标志），结合下面这张图，在行开始传递时，会发送一个DT为0x02的短包，在行数据传输结束后，会发送一个DT为0x03的短包，帧同步同样道理。

通用短包

3.1.2、长包DT

3.2、数据传输过程

3.2.1、短包数据的组成格式

我们已经了解了短包、长包的基本数据类型后，可以进一步来看MIPI数据到底是怎么传输的，以短包的数据格式为例，我们先介绍一下里面各个成员的含义

  • SoT（Start of Transmission）：这个前面也有提到，指的是传输开始的标志，用于代表数据包的开始，一般表现为一种电平脉冲，在日常工作中应该也经常听到，平台收到sof巴拉巴拉的
  • Data ID：简称DI，包括数据类型（DT），用以标志数据包的性质，如帧起始、行起始、实际数据等。（由VC和DT两部分组成）
  • Data Field：实际的数据内容，长度可以变化，具体取决于数据包的类型和内容。比如该短包是Frame Start Code，那么它后面的Data Field就会接着Framelength的信息
  • ECC（Error Correction Code）：错误校验码，用于确保数据在传输过程中没有发生错误
  • EoT（End of Transmission）：传输结束的标志，指示该数据的结束。

了解了DT和短包的数据格式后后，我们进一步来看下数据传输的过程。数据发送流程包括：退出LPS（Low Power State）状态，然后发送一个SOT的短包作为开始，然后通过长包发送数据，最后发送一个EoT短包，切换回低功耗状态结束。 上面这么说可能还有点抽象，我们举一个实际一点的例子，比如camera在传输一帧数据的时候，应该是一个什么样的流程？*
退出LPS后，会发出第一个短包，这个短包的DT应该是0x00，代表Frame Start Code信号，然后会继续发送另一个短包，DT是0x02，代表Line Start Code，然后后面再接实际的长包数据，当一行的长包数据发送完之后，会再发送一个短包DT为0x03，代表Line End Code，然后再继续发送下一行的数据，等到这一帧数据都发送完成后，最后会接一个短包DT为0x01，代表Frame End Code，代表一帧数据都发送完成，然后重新进入LPS，等待下一帧数据到来。

这里衍生出一个进阶问题：我们都知道MIPI数据传输过程中，可以通过不同的VC channel和不同的DT来区分数据，那么如果两个数据相同VC不同DT或者不同VC的数据，数据包的格式是什么样的呢？在回答上面问题之前，我们先了解一下，长包和短包之间，有哪些区别

3.2.2、长包的数据组成格式

先看D-PHY下的数据组成成员（短包数据是没有下面标红的三部分内容的）

  • SoT（Start of Tranmission）：数据开始传输标志
  • PACKET HEADER（PH：由Data ID（VC + DT）、Word Count（数据的长度）和ECC组成
  • PACKET DATA
  • PACKET FOOTER（PF)：包含了checksum
  • EoT（End of Tranmission）：数据结束传输标志

现在我们来回答上面提出的问题：如果两个数据相同VC不同DT或者不同VC的数据，数据包的格式是什么样的呢？

分两种情况：

  • 使用相同VC，独立DT：共享帧头（FS）、帧尾（FE）和行头（SoT）行尾（EoT）
  • 使用不同VC区分：每个vc拥有自己的帧头（FS）和帧尾（FE）

我们在日常的工作中，比如在MTK平台，那么要求sensor输出的MIPI协议除了要符合标准MIPI协议之外，还需要符合MTK平台特殊的时序要求，不然可能会出现mipi error，这里主要是对mipi中的THS-Trail有关，那么前面说的数据传输类型，怎么和实际的MIPI时序中的THS-Trail这些联系起来呢？

后面会针对上面这种图，进一步解释各个阶段的含义和其中做的工作

四、Dphy和Cphy的差异

从时间上来说，CPHY是晚于DPHY设计出来的，从架构上来说，CPHY相对更具先进性。两者最直观的差异是，DPHY是源同步系统，有专门的时钟信号，但CPHY没有同步时钟，时钟是嵌入到数据中的，物理层结构截然不同，编码带宽更大，单从线路上来说，CPHY是一个A/B/C三线系统。

对于MIPI CPHY的接收端来说，因为他不传输时钟，若要接收CPHY的数据，必须项恢复时钟，任何再用恢复的时钟采样数据并寻找同步头，最后还需要进行数据解码恢复出最初发送的内容，而发送端的步骤恰好相反。

CPHY同样是运用差分信号进行数据传输，但特别的是，CPHY是通过三条线之间的差分进行数据传输。CPHY TX端三根线的电平在任意时刻都是不一样的，三者将分别任意处于3/4V、1/2V、1/4V三个值，两两相减后将得到strong1&0和weak 1&0，电平差是1/2V则是strong，电平差是1/4V，则是weak，大于0为1，小于0为0，这是我们对任意两线间差分状态进行命名：在TX端3根线上传输的信息在RX端相减作差分可以得到6中状态，分别是+x，-x，+y，-y, +z，-z，经常也被称为6种symbol。

Mipi_pixel_rate

  • Dphy = xxxMbps/lane * 4(lane num) / 10bit
  • Cphy = xxxMsps/lane * 3(lane num) / 10bit * 2.28