探索摄像头MIPI 接口

文摘   2024-09-13 23:10   广东  

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作者:HywelStar

1. 概述

MIPI是Mobile Industry Processor Interface的缩写。MIPI联盟是一个开放的会员制组织。2003年7月,由美国德州仪器、意法半导体、英国ARM和芬兰诺基亚4家公司共同成立。MIPI联盟旨在推进手机应用处理器接口的标准化。MIPI联盟鼓励所有手机行业内的公司加入,包括:手机设备制造商、半导体厂商、软件厂商、系统供应商、外围设备制造商、知识产权提供商、其他公司。

其中比较成熟的有MIPI CSI和MIPI DSI。CSI主要用于摄像头接口,而DSI则用于显示屏接口

根据官网提到,MIPI 联盟规范满足六种设备接口需求:physical layer, multimedia, chip-to-chip/interprocessor communications (IPC), device control and data management, system debugging, and software integration.

每个规范都进一步优化,主要解决以下基本性能特性:
  • 低功耗以延长电池寿命
  • 高带宽,以支持功能丰富的数据密集型应用程序
  • 低电磁干扰 (EMI),可最大限度地减少无线电和设备子系统之间的干扰。

2. MIPI 框架

MIPI 工作小组开发很多内容,但是主要领域包含这些:

  • Multimedia
  • Control/Data
  • Chip-to-Chip Inter Process Communications
  • Debug/Trace

    从以上四个方面可以看到用途非常广泛:

  • Control & Data Specifications(控制和数据规范)

  • Multimedia Specifications(多媒体规格)

    从应用层该部分包括Camera,Display, Storage, Memory,Audio/Voice


    从底层至应用层,都已经规范化了这些接口,可以看到关于物理层的支持接口,协议层,再到应用层。

    DSI:Display Serial Interface,用于显示屏与主处理器之间的高速串行接口;

    CSI:Camera Serial Interface,用于摄像头模块与主处理器之间的高速串行接口;

    DCS:Display Command Set,是用于显示屏控制的命令集。

    D-PHY:是MIPI接口的物理层规范,主要用于DSI和CSI接口

    C-PHY:另一种MIPI接口的物理层规范,主要用于高分辨率摄像头和显示屏;

    A-PHY:用于汽车应用的高速接口规范;

    M-PHY:是一种通用的高速物理层接口,适用于多种应用场景,如存储、通信和显示等。

  • Chip-to-Chip Communications (芯片到芯片通信)

  • IoT Device Diagram (IoT 设备图)

3. CSI-2

MIPI CSI-2 最初于 2005 年推出,是世界上实现最广泛的嵌入式摄像头和成像接口。它因其易用性和支持广泛的高性能应用程序(包括 1080p、4K、8K 及以上视频以及高分辨率摄影)而得到广泛采用。®

设计人员应该能够放心地将 MIPI CSI-2 用于各种应用领域中的任何单摄像头或多摄像头实现,例如移动设备、增强现实和虚拟现实、无人机、物联网 (IoT)、医疗设备、工业系统、汽车以及平板电脑、笔记本电脑和一体机等客户端设备。

特点:

  • 高性能
  • 低功耗
  • 低电磁干扰 (EMI)

3.1 CSI-2 物理连接

根据官方介绍,CSI-2 已经定义了两个高速数据接口,一个是发射器,一个是接收器,摄像头这边作为CSI发送端,SoC 作为CSI 接收端。

一般会有多对差分数据信号线,一对差分时钟信号和一对I2C通信引脚。

对于这个差分信号线,也就是通常看到的line数,这个对于调试软件中需要设定,一般有4line, 6 line等情况。对于这种高清摄像头一般都需要使用到四4line,4组差分对,满足信号传输。

3.2 CSI-2 层次结构

对于CSI-2 分层,根据MIPI联盟规范,从上到下可以分为:应用层,组包/解包层,底层协议层,通道管理层和物理层。

从图中可以得到:

应用层:主要作为处理图像数据或者各种算法,比如常用到的白平衡,噪声去除等
组包/解包:主要将数据打包成字节格式,比如将RGB数据转成字节流;
底层协议包:将字节流数据加上一些包头数据进行传输;
通道管理层:管道数据传输通道;
物理层:转换成电信号传输;

整理来说将整个传输从底层到应用都已经规划好,用户只需要去使用既可以。

4. CSI-2 LLP

LLP层通常会处理两种格式的包(Packet):长包(Long Packet)和短包(Short Packet)。无论哪一种包,LLP层都会根据CSI-2协议的规定,给它们添加包头(Packet Header, PH)和包尾(Packet Footer, PF),并作为有效数据在HS模式下传输。

关于Low Protocol 的概述和协议,可以具体查看文档《mipi_CSI-2_specification_v2-1-2018.pdf》截图部分:

5. 总结

本章节大概讲述关于MIPI 相关知识,重点提到CSI-2 部分,很多都是关于协议上面的内容,对于一些具体的组包解包,虚拟通道,通道管理等内容都属于协议上的规范,想要更多了解规范上的支持可以查阅,发送“MIPI”到后台 获取到相关PDF。对于这些知识只需要大概一个认识,对于开发过程中很多都已经有非常成熟的应用。

参考:

https://blog.csdn.net/kouxi1/article/details/126787264

https://www.mipi.org/specifications/csi-2

https://www.mipi.org/system-diagrams

https://caxapa.ru/thumbs/799244/MIPI_Alliance_Specification_for_Camera_S.pdf

https://files.chinaaet.com/files/blog/2019/20171110/1000019445-6364593011828743047249885.pdf



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