物联网应用中的MIPI接口
有多种形式的物联网SOC,我们在此介绍部件或接口的一个超级集合,包括典型情况下用于物联网SOC中的MIPI。CSI-2,可能的DSI,以及包含SOC视觉处理部件的处理器。存储部件包括,用于低功耗DRAM的LPDDR,以及用于嵌入式闪存的嵌入式多媒体卡(EMMC)。对于有线和无线通讯,在诸多规范中进行了杠杆调节,如低功耗蓝牙、安全数据输入输出(SDIO)和USB,具体情况与目标应用相关。为了确保传输至云和储存在装置中的数据安全,安全是一个基本部分,它主要由多种引擎组成,如真随机数发生器和加密算法加速器。
在一个部件中连接了数十个或更多传感器,它是具有I2C或I3C和串行外围接口(SPI)的传感器及控制子系统。I3C是一种新的MIPI规范,它采纳了I2C和SPI的关键特性,并将其统一在一起,同时保留了双线串行接口。系统设计人员能够在装置中连接大量传感器,同时将功耗将至最低,并降低部件成本和实施成本。与此同时,通过使用单个I3C总线,制造商能够将来自不同厂家的多种传感器组合在一起,从而实现新的概念,同时还能支持更长的电池寿命和性价比系统。
多媒体应用中的MIPI接口
MIPI相机和显示接口的新使用情形出现在多媒体应用中,如具有高分辨率相机和显示屏的虚拟/增强显示装置。在这类装置中,接口负责传输和接收来自多种源的多个图形,随后对其进行处理,并以极限质量发送给用户。下面给出了三个多媒体应用实施示例:
- 高端多媒体处理器:在该实施中,多个显示和相机输入通过CSI-2和DSI进入图像信号处理器,所述输入在典型情况下来自已处理和接收了图像的另一应用处理器。随后,图像信号处理器通过CSI-2或DSI将图像传输至相机或显示屏。
- 多媒体处理器:该实施主要用于姿态或运动识别,或人机界面。两个图像传感器通过CSI-2协议与处理器配合,在处理器处识别和处理运动或姿态数据,以便进一步分析和操控。随后,通过CSI-2协议,将经过处理的运功或姿态数据传输至应用处理部分。
- 桥式IC:由于存在多个图像输入输出,如同在汽车章节中介绍的那样,这就有了对桥式IC的需求。使用桥式IC,应用处理器的输出可分裂为两个显示流。
MIPI接口的优点
MIPI CSI-2对MIPI D-PHY物理层进行了杠杆处理,以便与应用处理器或SOC进行通信。图像传感器或CSI-2装置获取图像并将其传输至SOC所在的CSI-2主机。传输图像之前,它以单独帧形式位于存储器中。随后,每一帧通过虚拟信道、通过CSI-2接口传输。对于支持不同像素流、有时也支持多重曝光的多个图像传感器,采用并需要虚拟信道,并将虚拟信道标识指定给每一帧。考虑到来自相同图像传感器,但具有多个像素流的完整图像的传输,每一虚拟信道分为多行,一次传输一行。
MIPI CSI-2使用数据包进行通讯,它包含数据格式以及纠错码(ECC)功能,用于保护包头和对有效负载进行循环冗余码校验(CRC)。这类实施适用于从图像传感器到SOC的所有传输的数据包。单个数据包通过D-PHY 、通过CSI-2装置控制器传输,随后,分离到多个数据通道。D-PHY将数据分配到数个工作在高速模式下的数据通道,并通过信道将数据包传输到接收器。对于使用其D-PHY物理层的CSI-2接收器,它负责数据包提取和解码,最终将数据包传输至CSI-2主机控制器。随后,以高效、低功耗和低成本实施方式,该过程在CSI-2装置到主机间逐帧重复进行。
在具有多个相机和显示屏的典型系统中,CSI-2和DSI协议将使用相同的物理层(D-PHY)。根据具体的目标应用,在发现阶段有很多需考虑的事项,如所要求的带宽和装置类型。了解这类考虑事项,有助于设计人员确定D-PHY版本,以及所要求的数据通道数和数据通道的速度,随后,可确定需在系统中实施的管脚数。最后,设计人员能确定所需的接口以及其目标应用的存储器。例如,存在多种实施方案,其中,建立在D-PHY之上的CSI-2工作在每数据通道1.5 Gbps的速度下,在其他实施方案中,工作速度可达每数据通道2.5 Gbps。较低速度下的工作意味着更优化功耗和面积,但最为重要的是,支持更快速度的较新图像传感器和显示屏,并不适用所有的应用场景。
总结
在众多移动之外的应用中,如汽车、物联网和包含增强/虚拟现实在内的多媒体应用,现已使用了多个相机和显示。对于所有这些应用,需要能够满足当今高分图像处理要求的高速、低能耗相机及显示接口解决方案。MIPI CSI-2和DSI是移动市场上的可靠接口,主要是智能电话,由于在其中成功实施,它们现已在众多新应用中得到试用。Synopsys拥有众多MIPI IP解决方案,包括控制器、PHY、验证IP、IP原型套件,它们与最新的MIPI规范兼容,,使用它们,设计人员能够将所需功能纳入其移动、汽车和物联网SOC中,同时还能满足在功耗、性能以及及时推向市场方面的要求。