在汽車(chē)、物聯(lián)網(wǎng)中實(shí)施MIPI相機和顯示接口

在汽車(chē)、物聯(lián)網(wǎng)和多媒體應用中，對相機和顯示屏的使用正在不斷增加，設計人員需要多種圖像和顯示接口解決方案，來(lái)滿(mǎn)足日益嚴格的功率和性能要求。傳統上，設計人員采用MIPI相機串行接口（CSI-2）和顯示串行接口（DSI），使用它們來(lái)連接圖像傳感器或顯示屏，將其與應用處理器或移動(dòng)應用（如智能電話(huà)）中的SOC相連。然而，由于MIPI接口的可靠?jì)?yōu)點(diǎn)和成功實(shí)現，它們現已在眾多新應用中得到實(shí)施，如高級駕駛員輔助系統（ADAS）、信息娛樂(lè )、可穿戴設備、增強/虛擬現實(shí)頭戴式裝置。在本文中，介紹了設計人員在汽車(chē)、物聯(lián)網(wǎng)和多媒體應用中實(shí)施MIPI DSI和CSI-2的方式，以便能夠多次使用相機和顯示屏輸入輸出，同時(shí)滿(mǎn)足其帶寬和功率需求。

MIPI CSI-2和DSI：使用在移動(dòng)應用
在過(guò)去的10年內，移動(dòng)市場(chǎng)尤其是智能電話(huà)增長(cháng)巨大，選擇了MIPI CSI-2和DSI接口以便在移動(dòng)設備中使用多個(gè)相機和一些顯示屏。使用這些接口，能夠在主機和裝置之間實(shí)現低功率、低延遲和低成本的芯片-芯片連接，設計人員能夠將低分辨率和高分辨率相機及顯示屏連接在一起。這兩種接口采用了相同的物理層，即MIPI D-PHY，使用它來(lái)講數據傳輸至應用處理器或SOC（圖1）。

圖1：移動(dòng)應用中的MIPI DSI和CSI-2實(shí)現

移動(dòng)應用中的MIPI接口

在圖2中，展示了在A(yíng)DAS和娛樂(lè )信息應用中實(shí)施的MIPI相機和顯示接口。在當今的汽車(chē)中，安裝了多臺攝像機，前部、后部和側面，以便能夠查看駕駛員周?chē)?60度的情形。在這類(lèi)實(shí)施方案中，MIPI CSI-2圖像傳感器與圖像信號處理器相連，圖像信號處理器隨后與橋式裝置相連，從而使得整個(gè)模塊與汽車(chē)主系統相連。在某些情況下，車(chē)載娛樂(lè )信息系統采用了DSI，用以實(shí)現使用了相同實(shí)施方案的顯示接口。

圖2：使用MIPI DSI和CSI-2規范的ADAS應用示

MIPI為汽車(chē)應用提供了一整套規范（圖3）：

DSI：用于駕駛員信息、無(wú)反顯示和娛樂(lè )信息。

CSI：用于A(yíng)DAS應用、備用相機、防撞、無(wú)反光鏡車(chē)輛和車(chē)內乘客信息獲取。

其他接口：用于傳感器連接的MIPI I3C，用于嵌入式和可移動(dòng)卡存儲的JEDEC UFS，以及SoundWire和RFFE。

圖3：在汽車(chē)應用中使用MIPI聯(lián)盟規范（MIPI聯(lián)盟的圖像）

物聯(lián)網(wǎng)應用中的MIPI接口

有多種形式的物聯(lián)網(wǎng)SOC，我們在此介紹部件或接口的一個(gè)超級集合，包括典型情況下用于物聯(lián)網(wǎng)SOC中的MIPI。CSI-2，可能的DSI，以及包含SOC視覺(jué)處理部件的處理器。存儲部件包括，用于低功耗DRAM的LPDDR，以及用于嵌入式閃存的嵌入式多媒體卡（EMMC）。對于有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)通訊，在諸多規范中進(jìn)行了杠桿調節，如低功耗藍牙、安全數據輸入輸出（SDIO）和USB，具體情況與目標應用相關(guān)。為了確保傳輸至云和儲存在裝置中的數據安全，安全是一個(gè)基本部分，它主要由多種引擎組成，如真隨機數發(fā)生器和加密算法加速器。

在一個(gè)部件中連接了數十個(gè)或更多傳感器，它是具有I2C或I3C和串行外圍接口（SPI）的傳感器及控制子系統。I3C是一種新的MIPI規范，它采納了I2C和SPI的關(guān)鍵特性，并將其統一在一起，同時(shí)保留了雙線(xiàn)串行接口。系統設計人員能夠在裝置中連接大量傳感器，同時(shí)將功耗將至最低，并降低部件成本和實(shí)施成本。與此同時(shí)，通過(guò)使用單個(gè)I3C總線(xiàn)，制造商能夠將來(lái)自不同廠(chǎng)家的多種傳感器組合在一起，從而實(shí)現新的概念，同時(shí)還能支持更長(cháng)的電池壽命和性?xún)r(jià)比系統。

多媒體應用中的MIPI接口

MIPI相機和顯示接口的新使用情形出現在多媒體應用中，如具有高分辨率相機和顯示屏的虛擬/增強顯示裝置。在這類(lèi)裝置中，接口負責傳輸和接收來(lái)自多種源的多個(gè)圖形，隨后對其進(jìn)行處理，并以極限質(zhì)量發(fā)送給用戶(hù)。下面給出了三個(gè)多媒體應用實(shí)施示例：

高端多媒體處理器：在該實(shí)施中，多個(gè)顯示和相機輸入通過(guò)CSI-2和DSI進(jìn)入圖像信號處理器，所述輸入在典型情況下來(lái)自已處理和接收了圖像的另一應用處理器。隨后，圖像信號處理器通過(guò)CSI-2或DSI將圖像傳輸至相機或顯示屏。

多媒體處理器：該實(shí)施主要用于姿態(tài)或運動(dòng)識別，或人機界面。兩個(gè)圖像傳感器通過(guò)CSI-2協(xié)議與處理器配合，在處理器處識別和處理運動(dòng)或姿態(tài)數據，以便進(jìn)一步分析和操控。隨后，通過(guò)CSI-2協(xié)議，將經(jīng)過(guò)處理的運功或姿態(tài)數據傳輸至應用處理部分。

橋式IC：由于存在多個(gè)圖像輸入輸出，如同在汽車(chē)章節中介紹的那樣，這就有了對橋式IC的需求。使用橋式IC，應用處理器的輸出可分裂為兩個(gè)顯示流。

MIPI接口的優(yōu)點(diǎn)

MIPI CSI-2對MIPI D-PHY物理層進(jìn)行了杠桿處理，以便與應用處理器或SOC進(jìn)行通信。圖像傳感器或CSI-2裝置獲取圖像并將其傳輸至SOC所在的CSI-2主機。傳輸圖像之前，它以單獨幀形式位于存儲器中。隨后，每一幀通過(guò)虛擬信道、通過(guò)CSI-2接口傳輸。對于支持不同像素流、有時(shí)也支持多重曝光的多個(gè)圖像傳感器，采用并需要虛擬信道，并將虛擬信道標識指定給每一幀?？紤]到來(lái)自相同圖像傳感器，但具有多個(gè)像素流的完整圖像的傳輸，每一虛擬信道分為多行，一次傳輸一行。

MIPI CSI-2使用數據包進(jìn)行通訊，它包含數據格式以及糾錯碼（ECC）功能，用于保護包頭和對有效負載進(jìn)行循環(huán)冗余碼校驗（CRC）。這類(lèi)實(shí)施適用于從圖像傳感器到SOC的所有傳輸的數據包。單個(gè)數據包通過(guò)D-PHY 、通過(guò)CSI-2裝置控制器傳輸，隨后，分離到多個(gè)數據通道。D-PHY將數據分配到數個(gè)工作在高速模式下的數據通道，并通過(guò)信道將數據包傳輸到接收器。對于使用其D-PHY物理層的CSI-2接收器，它負責數據包提取和解碼，最終將數據包傳輸至CSI-2主機控制器。隨后，以高效、低功耗和低成本實(shí)施方式，該過(guò)程在CSI-2裝置到主機間逐幀重復進(jìn)行。

在具有多個(gè)相機和顯示屏的典型系統中，CSI-2和DSI協(xié)議將使用相同的物理層（D-PHY）。根據具體的目標應用，在發(fā)現階段有很多需考慮的事項，如所要求的帶寬和裝置類(lèi)型。了解這類(lèi)考慮事項，有助于設計人員確定D-PHY版本，以及所要求的數據通道數和數據通道的速度，隨后，可確定需在系統中實(shí)施的管腳數。最后，設計人員能確定所需的接口以及其目標應用的存儲器。例如，存在多種實(shí)施方案，其中，建立在D-PHY之上的CSI-2工作在每數據通道1.5 Gbps的速度下，在其他實(shí)施方案中，工作速度可達每數據通道2.5 Gbps。較低速度下的工作意味著(zhù)更優(yōu)化功耗和面積，但最為重要的是，支持更快速度的較新圖像傳感器和顯示屏，并不適用所有的應用場(chǎng)景。

總結

在眾多移動(dòng)之外的應用中，如汽車(chē)、物聯(lián)網(wǎng)和包含增強/虛擬現實(shí)在內的多媒體應用，現已使用了多個(gè)相機和顯示。對于所有這些應用，需要能夠滿(mǎn)足當今高分圖像處理要求的高速、低能耗相機及顯示接口解決方案。MIPI CSI-2和DSI是移動(dòng)市場(chǎng)上的可靠接口，主要是智能電話(huà)，由于在其中成功實(shí)施，它們現已在眾多新應用中得到試用。Synopsys擁有眾多MIPI IP解決方案，包括控制器、PHY、驗證IP、IP原型套件，它們與最新的MIPI規范兼容，，使用它們，設計人員能夠將所需功能納入其移動(dòng)、汽車(chē)和物聯(lián)網(wǎng)SOC中，同時(shí)還能滿(mǎn)足在功耗、性能以及及時(shí)推向市場(chǎng)方面的要求。

作者：Synopsys，產(chǎn)品市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理，Hezi Saar