隨著計算機網(wǎng)絡化和微機分級分布式應用系統(tǒng)的發(fā)展，通信的功能越來越重要。通信是指計算機與外界的信息傳輸，既包括計算機與計算機之間的傳輸，也包括計算機與外部設(shè)備，如終端、打印機和磁盤等設(shè)備之間的傳輸。在通信領(lǐng)域內(nèi)，數(shù)據(jù)通信中按每次傳送的數(shù)據(jù)位數(shù)，通信方式可分為：并行通信和串行通信。

　　串行通信是指使用一條數(shù)據(jù)線，將數(shù)據(jù)一位一位地依次傳輸，每一位數(shù)據(jù)占據(jù)一個固定的時間長度。其只需要少數(shù)幾條線就可以在系統(tǒng)間交換信息，特別適用于計算機與計算機、計算機與外設(shè)之間的遠距離通信。串口通信時，發(fā)送和接收到的每一個字符實際上都是一次一位的傳送的，每一位為1或者為0。

　　MIPI D‘Phy是一種物理上的串行通信層，用于連接應用處理器與顯示器或照相機，作為物理層，它具有諸多方面的優(yōu)勢。

　　MIPI（移動行業(yè)處理器接口）聯(lián)盟是一個非贏利組織，致力于建立移動設(shè)備中的軟硬件接口標準。它的愿景是為移動和受移動影響的產(chǎn)品開發(fā)全球最全面的接口規(guī)范集，從而最大程度地提高設(shè)計復用率、驅(qū)動創(chuàng)新、縮短產(chǎn)品上市時間，并有助于提高各家公司推出的產(chǎn)品間的互操作性。

　　手機中照相機和顯示器與應用處理器的連接框圖

　　MIPI D’Phy是一種物理性串行數(shù)據(jù)通信層，上面運行著像CSI（照相機串行接口）和DSI（顯示器串行接口）這樣的協(xié)議。它在物理上連接著相機傳感器和應用處理器（針對CSI）以及應用處理器和顯示器（針對DSI），如上圖所示。

　　D‘Phy是一種高速、低功耗的源同步物理層，由于采用了高功效設(shè)計，因此非常適合功耗大的電池供電設(shè)備使用。它里面同時包含了有助于實現(xiàn)高功效的高速模塊和低功耗模塊。載荷數(shù)據(jù)（圖像數(shù)據(jù)）使用高速模塊，控制和狀態(tài)信息的發(fā)送（在照相機/顯示器和應用處理器之間）使用的是低功耗模塊（利用低頻信號）。它具有在單個數(shù)據(jù)包脈沖中發(fā)送高速和低功耗數(shù)據(jù)的特殊能力。低功耗模塊有助于節(jié)省功耗，高速模塊則有助于實現(xiàn)高清晰度照片質(zhì)量數(shù)據(jù)信號要求的較高帶寬。

　　D’Phy的架構(gòu)

　　為了滿足高清質(zhì)量圖像的高帶寬要求，MIPI D‘Phy包含有一個時鐘通道和數(shù)量可設(shè)置（最多4個通道）的數(shù)據(jù)通道。通過增加數(shù)據(jù)通道數(shù)量就可以達到增加帶寬的目的。通過增加通道數(shù)量，同樣數(shù)量的數(shù)據(jù)在多個通道上傳輸可以花更短的時間。MIPI D’Phy使用正向源同步時鐘，D‘Phy接收器的所有數(shù)據(jù)通道都用這個時鐘捕獲高速數(shù)據(jù)信號。

　　通用的D’Phy通道

　　為了同時滿足低功耗和高速度要求，通用型D‘Phy IP（如上圖所示）的每個數(shù)據(jù)通道由低功耗發(fā)送器（LP-TX）、高速發(fā)送器（HS-TX）、用于發(fā)送MIPI D’Phy特殊圖案的串化器組成，接收側(cè)由低功耗接收器（LPRX）、高速接收器（HS-RX）、解串器和用于接收這些MIPI D‘Phy特殊數(shù)據(jù)信號的低功耗競爭檢測器（LP-CD）組成。

　　時鐘通道由低功耗發(fā)送器（LP-TX）、用于發(fā)送MIPI D’Phy特殊時鐘通道圖案的高速發(fā)送器（HS-TX）組成，接收側(cè)由低功耗接收器（LP RX）、高速接收器（HS-RX）和用于接收這些MIPI D‘Phy特殊時鐘信號的低功耗競爭檢測器（LP-CD）組成。

　　接收器的每個數(shù)據(jù)通道（或時鐘通道）通過兩根導線Dp和Dn （或Clkp和Clkn）連接到發(fā)送器。高速和低功耗數(shù)據(jù)傳輸都在這兩根連接著這兩大通信模塊的導線上進行。

　　低功耗模塊是一種未端接的模塊，工作在單端方式，使用1.2V的邏輯電壓。用于提供控制和狀態(tài)信息的低功耗信號的數(shù)據(jù)速率不到10Mbps。

　　高速模塊工作在差分方式。它們使用低電壓擺幅的載荷數(shù)據(jù)信號傳送信息（高速信號——Dp–Dn——的典型差分輸出擺幅是200mV）。這種模塊通常在裸片上有端接，在Dp和Dn之間，其典型值為100Ω。

　　D’Phy的工作原理以及相機輸出到MIPI D‘Phy接收器之間的數(shù)據(jù)流動

　　相機傳感器捕獲的圖像數(shù)據(jù)經(jīng)MIPI發(fā)送器處理后在多個數(shù)據(jù)通道上傳輸。用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)通道數(shù)量是可配置的。

　　發(fā)送器根據(jù)用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)通道數(shù)量對圖像數(shù)據(jù)加以組織。然后發(fā)送器對每個通道上的數(shù)據(jù)進行串行化，并發(fā)給相應的接收通道。

　　舉例來說，如果用了兩個通道，那么載荷數(shù)據(jù)的第一個字節(jié)在數(shù)據(jù)通道0上發(fā)送，第二個字節(jié)在數(shù)據(jù)通道1上發(fā)送。同樣在接收側(cè)，來自每個數(shù)據(jù)通道的串行數(shù)據(jù)在D’Phy的每個接收通道中使用的解串器幫助下轉(zhuǎn)換為字節(jié)格式。然后由CSI控制器將來自每個通道解串后的字節(jié)合并到一起。

　　在每個高速載荷數(shù)據(jù)脈沖出現(xiàn)在每個通道上之前，發(fā)送的D‘Phy都會插入一個同步序列（00011101），如下圖所示。這個同步序列被接收D’Phy的數(shù)據(jù)通道用來建立與高速載荷數(shù)據(jù)的同步。只有當同步信號被接收D‘Phy正確解碼時，載荷數(shù)據(jù)才會轉(zhuǎn)發(fā)給MIPI CSI 2控制器，完成對數(shù)據(jù)的進一步處理。

　　發(fā)送圖案中的同步序列

　　作為D’Phy初始化的一部分，最初所有通道保持在LP11狀態(tài)（1.2V電平）一段特定的時間。這個LP11狀態(tài)也被稱為停止狀態(tài)。在這之后，為了發(fā)送圖像數(shù)據(jù)，發(fā)送器會向接收器發(fā)送一個特定的序列，使接收器通道從低功耗模式進入高速模式。高速進入序列包含在接收器通道上驅(qū)動LP11-》LP01-》LP00 （LP-》HS轉(zhuǎn)換），如下圖所示。在成功接收這個序列后，高速接收器模塊激活其終端接收高速差分數(shù)據(jù)。

　　現(xiàn)在高速接收器終端變成激活狀態(tài)，接收器開始接收來自發(fā)送器的高速數(shù)據(jù)。然而，在經(jīng)過LP-》HS轉(zhuǎn)換后，發(fā)送器會在一段特定時間內(nèi)發(fā)送HS Zeros （V（Dn）》V（Dp）），用于確保在任何載荷數(shù)據(jù)被發(fā)送前接收器被正確地激活。

　　一旦接收器被激活，高速接收器會持續(xù)地接收數(shù)據(jù)，直到在它的通道上遇到LP11狀態(tài)。LP11狀態(tài)會將數(shù)據(jù)通道從高速模式帶回到低功耗模式。

　　數(shù)據(jù)通道上的高速脈沖描述了LP到HS的轉(zhuǎn)換以及HS Zero

　　通過D‘Phy數(shù)據(jù)通道發(fā)送的載荷數(shù)據(jù)采用的是數(shù)據(jù)包的格式。它可以是長的數(shù)據(jù)包，也可以是短的數(shù)據(jù)包。長數(shù)據(jù)包包含32位的包頭、有效載荷數(shù)據(jù)和16位的數(shù)據(jù)包腳注。短數(shù)據(jù)包只包含32位的包頭。

　　在每次高速脈沖串過后數(shù)據(jù)通道都會進入LP11狀態(tài)。單個高速脈沖代表對應于一幅圖像水平線上的數(shù)據(jù)，而高速脈沖之間的LP11狀態(tài)代表消隱期間。因為低功耗命令要求信號以較低的頻率發(fā)送，因此D’Phy在低功耗和高速模式之間的這種間歇運動有助于降低總的功耗。

　　當沒有數(shù)據(jù)需要傳輸時，所有通道都保持在ULPS狀態(tài)（超低功耗模式）。這是一種特別的低功耗模式，有助于進一步降低功耗。ULPS狀態(tài)是通過特定的低功耗模式進入的。一旦處于ULPS狀態(tài)，所有通道都被驅(qū)動到低電平（0V）。時鐘通道和數(shù)據(jù)通道的ULPS進入模式是不同的。

　　差分時鐘和數(shù)據(jù)之間的時序關(guān)系

　　來自發(fā)送器的高速載荷數(shù)據(jù)在高速差分時鐘（DDR時鐘）的兩個邊沿傳送，如下圖所示。發(fā)送器傳送的高速差分時鐘和數(shù)據(jù)在相位上差90度，數(shù)據(jù)先發(fā)送。時鐘和數(shù)據(jù)之間的這種時序關(guān)系有助于實現(xiàn)接收器數(shù)據(jù)通道對建立和保持時間的要求。

　　時鐘和數(shù)據(jù)之間的時序關(guān)系

　　本文小結(jié)

　　作為物理串行通信層的MIPI D‘Phy具有低功耗工作的特性，因此對今天功耗較大的移動應用以及與移動有關(guān)的應用來說吸引力越來越大。