代码收藏家技术教程 2024-08-27

MIPI DSI协议简介与要点备忘

MIPI DSI（Display Serial Interface）协议简述

简述

MIPI 主要应用( DSI 应用于屏幕，CSI 用于摄像头 )：

摄像头，应用层有 CCS，协议层主要有 CSI-2、CSI-3，物理层有 A-PHY、C-PHY、D-PHY和 M-PHY。

屏幕，应用层有 DCS，协议层主要有 DSI，物理层有 A-PHY、C-PHY、D-PHY。

D-PHY：当前摄像头和屏幕用的最多的接口。D-PHY 接口为 1 – 4lane(lane 可以理解为通道，也就是 1/2/3/4 通道，每个通道 2 条差分线)，外加一对时钟线，数据线和时钟线都是差分线，为电流驱动型，不同版本的 D-PHY 速度不同。D-PHY 最多 10 根线，有专门的时钟线来进行同步。

C-PHY：随着屏幕和摄像头的分辨率以及帧率越来越高，D-PHY 的带宽越来越不够用。C-PHY 应运而生，C-PHY 接口是 1/2/3 Trio，每个 Trio 有 3 根线，最高 9 根线，没有专用的时钟线。C-PHY 目前手机芯片可能使用到。

A-PHY：主要为汽车自动驾驶而生，由于C-PHY 和 D-PHY 的距离太短。A-PHY 于 2020 年 9 月发布，用于长距离、超高速的汽车应用中。

M-PHY：目前主要用在 USF 存储中。

正题开始，MIPI DSI协议简单的备忘笔记：

MIPI DSI接口分为数据线和时钟线，均为差分信号。数据线可选 1 – 4 对，时钟线只有 1 对，常用的 MIPI 接口有 2 Lane 和 4 Lane 。( Lane 数量越多所支持的分辨率和帧率越高，带宽越大；反之亦然。)

1. D-PHY

1.1. D-PHY 电平

Lane 分为 HS 和 LP 两种模式，其中 HS 采用低压差分信号，传输速度高，但是功耗大，信号电压幅度 100mv~300mV，中心电平 200mV。LP 模式下采用采用单端驱动，功耗小，速率低(<10Mbps)，信号电压幅度 0~1.2V。在 LP 模式下只使用 Lane0(也就是数据通道 0)，不需要时钟信号，通信过程的时钟信号通过 Lane0 两个差分线异或得到，而且是双向通信。(注：4 对 Lanes 中只有 Data0 可以双向传输，只有 Lane0 可以 LP 模式)。

1.2. 不同模式的通道状态

HS 模式下是单向差分信号，主控发送(HS_TX)，外设接收(HS_RX)。而 LP 是双向单端信号，接收和发送端都有 LP_TX 和 LP_RX。

HS 采用差分信号，只有两种状态：

HS-0：高速模式下 Dp 信号低电平，Dn 信号高电平的时候
HS-1：高速模式下 Dp 信号高电平，Dn 信号低电平的时候

LP 模式下有两根独立的信号线驱动，有 4 个状态：

LP-00：“ 00 ”代表两个信号线的电平状态。（因此还有 LP-01、LP-10、LP-11 ）

以上6中状态转换，D-PHY就可以切换不同工作状态，如下表：

1.3. 数据Lane的工作模式

首先，Lane 分为 HS 和 LP 模式，但根据不同工作状态 Lane 有三种工作模式：控制模式、高速模式和 Escape 模式。其中控制模式和 Escape 属于 LP 模式，高速模式属于 HS 模式。一般情况下，数据 Lane 工作在控制模式和高速模式下。

1.3.1. 高速模式

高速模式用于传输实际的屏幕像素数据，采用突发(Bursts)传输方式。为了帮助接收端同步，需要在数据头尾添加一些序列，接收端在接收到数据以后要把头尾去掉。高速数据传输起始于STOP 状态(LP-11)，也终于 STOP 状态(LP-11)。在高速模式下传输数据的时候Lane始终工作在 HS 模式，提供 DDR 时钟，也就是双边沿时钟，在时钟频率不变的情况下，传输速率提高一倍，这样可以有效利用带宽。

当数据传输请求发出以后，数据 Lane 退出 STOP 模式进入到高速模式，顺序是：LP-11→
LP-01→LP-00。然后发出一个 SOT 序列(Start-of-Transmission)，SOT 后面跟着的就是实际的负
载数据。当负载数据传输结束以后会紧跟一个 EOT 序列(End-of-Transmission)序列，数据线直接
进入到 STOP 模式。示意图如下：

完整的高速模式数据传输时序如图：

左侧蓝色部分是进入 HS 模式，要从 LP-11→LP01→LP-00，然后数据线进入到 HS 模式，也就是中间红色部分，传输实际的数据。传输完成以后重新进入到 LP-11(STOP)模式，也就是右边的蓝色部分。

1.3.2. Escape 模式

Escape 是运行在 LP 状态下的一个特殊模式，该模式下可以给屏幕发送配置信息。进入 Escape 模式的方式为：LP-11→LP-10→LP-00→LP-01→LP-00。退出 Escape 模式的方式为：LP-00→LP-10→LP-11，也就是最后会进入到 STOP 模式。时序如下：

Code便是对应的操作（8bit），有三种命令LPDT(低功耗数据传输)、ULPS(超低功耗数据传输) 和 Reset-Trigger(远程复位) ，命令如下表(注：低bit先发送，例 LPDT命令序列为11100001,对应的十六进制为0x87(0x10000111)初始化 MIPI屏幕的时候发送的初始化序列就需要用 LPDT 命令) ：

2. video 和 command 模式( 链路层 )

MIPI DSI 的链路层有两种模式：video(视频)和 command(命令)模式，属于 HOST 端。

command 模式

ommand 模式针对那些含有 buffer 的 MCU 屏幕，当画面有变化的时候，DSI Host 端将数据发给屏幕，主控只有在画面需要更改的时候发送像素数据，画面不变化的时候屏幕驱动芯片从自己内部 buffer 里面提取数据显示，command 模式下需要双向数据接口。一般此种模式的屏幕尺寸和分辨率不大。

video 模式

video 模式没有 framebuffer，需要主控一直发送数据给屏幕，和 RGB 接口屏幕类似。但是 MIPI DSI 没有专用的信号线发送同步信息，比如 VSYNC、HSYNC 等，所以这些控制信号和 RGB 图像数据以报文的形式在 MIPI 数据线上传输。

3. 数据包

在 MIPI DSI 的数据传输中，不管是并行数据、信号事件还是命令，都需要按照协议打包成数据包。按照规定的协议添加头尾等信息，然后通过数据 Lane 将打包好的数据发送出去。如一次传输只发送一个数据包，那么在传输多个数据包就会花费大量的开销在 LPS 和 HS切换上，这样会严重的浪费带宽。为此，MIPI DSI 协议允许在一次传输中可以串行的发送多个数据包，这样就可以大幅的提高带宽利用率，这对于像外设初始化这种操作非常有益，比如我们在初始化屏幕的时候会发送大量的初始化命令。

数据包第一个字节是 DI(Data Identifier)，用来指定当前数据包的含义，数据包一共有两种数据包：

短数据包：固定 4 个字节，包括 ECC。短包一般用于 Command 模式下发送命令和参数，但是在实际使用中，Video 模式下也用短包发送命令参数信息。其他的一些短包发送一些事件，比如 H Sync 和 V Sync 边沿。

长数据包：通过 2 个字节的 WC(Word Count)域来指定负载长度，负载长度范围：0~216-1 个字节，也就是 0~65535 个字节。因此一个长数据包最多有 65541 个字节：1 个字节的 DI+2 个字节的 WC+1 个字节的 ECC+65535 个字节的负载+2 个字节的校验和=1+2+1+65535+2=65541。