视频基本原理 -视频接口之 - MIPI接口（三）

前面介绍MIPI-CSI的时候有提到，在系统介绍MIPI D-PHY之前， 我们先也要了解一下MIPI

DSI(Display Serial Interface)， 本文就先做简单介绍。...



前面介绍MIPI-CSI的时候有提到，在系统介绍MIPI D-PHY之前， 我们先也要了解一下MIPIDSI(Display Serial Interface)， 本文就先做简单介绍。

下图是一个典型的MIPICSI/DSI的系统连接框图。



当移动互连网设备变得日益流行时，越来越多的厂商竞相设计最新和最时尚的产品。低功耗总是手持设备最关心的事情，这包括它们显示部件的功耗。Intel是最先在他们发布的处理器中使用LVDS和MIPI DSI总线取代传统、过时的RGB并行总线的，第一代的Moorestown处理器中就使用了LVDS和MIPI DSI总线接口。

MIPIDSI是面向移动手持设备的最新显示标准，定义了一个位于处理器和显示模组之间的高速串行接口。通过配置可伸缩的数据通道，该接口可以实现3Gb/s的数据传输速率，它使用低压摆幅差分信号，而且有非常低的输出信号电平。ECC和CRC校验和也被嵌在数据报文中，以允许接收端执行错误校正和恢复。

MIPI支持以下两种显示标准:

1． DSI视频模式

这种工作模式与传统RGB接口相似，主机需要持续刷新显示器。由于不使用专用的数据信号传输同步信息，控制信号和RGB数据是以报文的形式通过MIPI总线传输的。因为主机需要定期刷新显示器，显示器就不需要帧缓冲器。

2． DCS命令模式 (Display CommandSet)，DCS是一个标准化的命令集，用于命令模式的显示模组。

MIPI总线控制器使用显示命令报文来向显示器发送像素数据流。显示器应该有一个全帧长的帧缓冲器来存储所有的像素数据。一旦数据被放在显示器的帧缓冲器中，定时控制器就从帧缓冲器中取出数据，并自动把它们显示在屏幕上。MIPI总线控制器不需要定期刷新显示器。

在成本和功耗方面，每个工作模式都有优点和缺点。视频模式显示架构无须帧缓冲器。然而，主机定期以高速模式发送DSI视频报文却消耗了大量的平均能量。在理想情况，当显示内容不改变时（或不经常改变时），显示系统的中央处理器就应该切换到低功耗模式，而处理器和显示器之间的链路会在需要的时候激活。由于主机定期刷新的需要，部分中央处理器和存储器接口也需要保持激活状态，这可以使系统不会达到最好的功率预算。

另一方面，命令模式显示架构允许显示器直接对整个帧缓冲器进行自刷新。然而，在显示器中集成全帧长帧缓冲器总是需要成本的，特别是今天的大多数用户所需求的高分辨率显示器。这就要求接口芯片有更大的管芯尺寸。显示器制造商也不得不为每种显示分辨率提供具有特定容量帧缓冲器的显示控制器。

对于视频模式和命令模式显示架构，通常都需要对显示控制器的寄存器编程来设置相应的显示分辨率、外观比率和工作模式。MIPI并不定义任何标准协议来访问这些内部寄存器，因此，不同的显示器制造商可以定制自己专用的命令集。为了摆脱不同制造商专用显示命令之间的冲突，有些制造商更愿意让显示器能够自己进行初始化，以使显示器不需要MIPI主机控制器的配置就可以正常工作。在这种情况下，显示器通常有一个存储显示参数的PROM存储器。这是非常方便的，但PROM也占据了比较大的存储器空间。

下图是一个传统的24bitRGB/YUV TTL 电平驱动显示模块的系统连接图：



下面介绍一下 DSI的分层结构。DSI可以分四层，对应D-PHY、DSI、DCS规范、分层结构图如下：

·       PHY 定义了传输媒介，输入/输出电路和和时钟和信号机制。

·       Lane Management层：发送和收集数据流到每条lane。

·       Low Level Protocol层：定义了如何组帧和解析以及错误检测等。

·       Application层：描述高层编码和解析数据流。



DSI兼容的外设支持Command或Video操作模式，用哪个模式由外设的构架决定. Command模式是指采用发送命令和数据到具有显示缓存的控制器。主机通过命令间接的控制外设，Command模式采用双向接口。 Video模式是指从主机传输到外设采用时实象素流。这种模式只能以高速传输。为减少复杂性和节约成本，只采用Video模式的系统可能只有一个单向数据路径。

下图是MIPI DSI接口的典型连接图，DSI是一个通道可扩展的高速总线，包含一对差分时钟通道(Lane)和一到四对高速差分数据通道。



DSI包含两种数据传输模式：

·       低功耗模式 (Low Power (LP) Mode)，最大10Mbps的数据率，主要用于传输控制数据。

·       高速模式(High Speed (HS) Mode)，可以支持高达每通道80Mbps到1Gbps的高速数据流，主要用于传输视频数据。

在处理器到外围设备（Processor-to-Peripheral）的正向数据传输中(Forward-direction)，如果是高速数据传输，额可以使用所有的数据通道。如果是LP 数据传输，则只能使用通道0 (Lane 0)。

对于反向数据传输(Peripheral-to-Processor, 外围设备到处理器的回传数据returning data)，则所有DSI兼容的系统和设备应该仅仅可以使用数据通道0 (Lane 0)的LP模式来传输.

也就是说在LP模式下，通道0(Lane 0)可以实现数据的双向传输。

MIPIDSI有两种数据包类型：短数据包（ShortPacket）和长数据包（Long Packet）。实际使用中可以参考下面两个表格，分别是前向传输和反向传输时数据包的格式类型。





ShortPacket是固定长度的四字节，主要用于命令字和参数的传输。

·       一个字节的数据标识符Data Identifier (DI) ：包含了 Virtual Channel[7:6] 和 Data Type[5:0].

·       两个字节的包数据Packet Data：固定两个字节的长度

·       一个字节的错误校验码Error Correction Code (ECC) ：允许单bit的纠错和2 bit的误码检测。



Long Packet 是不固定长度的数据包，主要用于大块的视频像素数据和其他数据的传输。有效数据负载(Payloads)可以是0 到65535(2^16-1 )个字节。数据包格式如下：

1.    四个字节的数据包报头（Packet Header ，PH），其中包含：

·       一个字节的数据标识符Data Identifier (DI)，包含了 Virtual Channel  DI[7:6]和 Data Type  DI[5:0]。其中，DI[7:6]，这两个bits，描述了一个数据中的四个虚拟数据通道（virtual channels）。而DI[5:0]则描述数据类型，包括长数据包还是短数据包，前向通道传输（Forward Direction (Processor-Sourced) Packet Data Types）还是反向传输（Reverse Direction (Peripheral-Sourced) Packet Data Types）。



·       两个字节的有效负载计数Word Count (WC) ，用于定义数据包中包含的有效数据负载（Data Payload）的字节数。

·       一个字节的错误校验码Error Correction Code (ECC) ：允许单bit的纠错和2 bit的误码检测。

2.   有效数据负载（Data Payload），支持0~65535个字节，由包头里面的有效负载计数Word Count (WC)定义；

3. 两个字节的数据包页脚(Packet Footer PF)，用于整个长数据包的校验码(Checksum)。如果数据包有效长度是0，那么校验码就是0xFFFF；如果校验码不能计算，那么就定义为0x0000；



关于视频接口的基础知识，可以参考前文：

“视频基本原理 -视频接口综述”，

“视频基本原理 -视频接口之- CVBS接口”，

“视频基本原理 -视频接口之- S-Video 接口”，

“视频基本原理 -视频接口之- 模拟分量接口”，

“视频基本原理 -视频接口之- VGA接口”，

“视频基本原理 -视频接口之- SCART接口”，

“视频基本原理 -视频接口之- SDI接口（一）”，

“视频基本原理 -视频接口之- DVI接口（一）”，

“视频基本原理 -视频接口之- HDMI接口（一）”，

“视频基本原理 -视频接口之- DP接口（一）”，

“视频基本原理 -视频接口之- MHL接口”，

“视频基本原理 -视频接口之- FP-LINK接口”，

“视频基本原理 -视频接口之- LVDS接口”，

“视频基本原理 -视频接口之- MIPI接口(一）”，

“视频基本原理 -视频接口之- MIPI接口(二）”。

关于AD转换电路的基本知识， 可以点击文末左下角阅读原文链接阅读。

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