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[導讀] 在汽車、物聯(lián)網(wǎng)和多媒體應(yīng)用中,對相機和顯示屏的使用正在不斷增加,設(shè)計人員需要多種圖像和顯示接口解決方案,來滿足日益嚴格的功率和性能要求。傳統(tǒng)上,設(shè)計人員采用MIP

 在汽車、物聯(lián)網(wǎng)和多媒體應(yīng)用中,對相機和顯示屏的使用正在不斷增加,設(shè)計人員需要多種圖像和顯示接口解決方案,來滿足日益嚴格的功率和性能要求。傳統(tǒng)上,設(shè)計人員采用MIPI相機串行接口(CSI-2)和顯示串行接口(DSI),使用它們來連接圖像傳感器或顯示屏,將其與應(yīng)用處理器或移動應(yīng)用(如智能電話)中的SOC相連。然而,由于MIPI接口的可靠優(yōu)點和成功實現(xiàn),它們現(xiàn)已在眾多新應(yīng)用中得到實施,如高級駕駛員輔助系統(tǒng)(ADAS)、信息娛樂、可穿戴設(shè)備、增強/虛擬現(xiàn)實頭戴式裝置。在本文中,介紹了設(shè)計人員在汽車、物聯(lián)網(wǎng)和多媒體應(yīng)用中實施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,同時滿足其帶寬和功率需求。

MIPI CSI-2和DSI:使用在移動應(yīng)用

在過去的10年內(nèi),移動市場尤其是智能電話增長巨大,選擇了MIPI CSI-2和DSI接口以便在移動設(shè)備中使用多個相機和一些顯示屏。使用這些接口,能夠在主機和裝置之間實現(xiàn)低功率、低延遲和低成本的芯片-芯片連接,設(shè)計人員能夠?qū)⒌头直媛屎透叻直媛氏鄼C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,使用它來講數(shù)據(jù)傳輸至應(yīng)用處理器或SOC(圖1)。

 

 

圖1:移動應(yīng)用中的MIPI DSI和CSI-2實現(xiàn)

移動應(yīng)用中的MIPI接口

在圖2中,展示了在ADAS和娛樂信息應(yīng)用中實施的MIPI相機和顯示接口。在當今的汽車中,安裝了多臺攝像機,前部、后部和側(cè)面,以便能夠查看駕駛員周圍360度的情形。在這類實施方案中,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,從而使得整個模塊與汽車主系統(tǒng)相連。在某些情況下,車載娛樂信息系統(tǒng)采用了DSI,用以實現(xiàn)使用了相同實施方案的顯示接口。

 

 

圖2:使用MIPI DSI和CSI-2規(guī)范的ADAS應(yīng)用示例

MIPI為汽車應(yīng)用提供了一整套規(guī)范(圖3):

·DSI:用于駕駛員信息、無反顯示和娛樂信息。

·CSI:用于ADAS應(yīng)用、備用相機、防撞、無反光鏡車輛和車內(nèi)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卡存儲的JEDEC UFS,以及SoundWire和RFFE。

 

 

圖3:在汽車應(yīng)用中使用MIPI聯(lián)盟規(guī)范(MIPI聯(lián)盟的圖像)

物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)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)。對于有線和無線通訊,在諸多規(guī)范中進行了杠桿調(diào)節(jié),如低功耗藍牙、安全數(shù)據(jù)輸入輸出(SDIO)和USB,具體情況與目標應(yīng)用相關(guān)。為了確保傳輸至云和儲存在裝置中的數(shù)據(jù)安全,安全是一個基本部分,它主要由多種引擎組成,如真隨機數(shù)發(fā)生器和加密算法加速器。

在一個部件中連接了數(shù)十個或更多傳感器,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(tǒng)。I3C是一種新的MIPI規(guī)范,它采納了I2C和SPI的關(guān)鍵特性,并將其統(tǒng)一在一起,同時保留了雙線串行接口。系統(tǒng)設(shè)計人員能夠在裝置中連接大量傳感器,同時將功耗將至最低,并降低部件成本和實施成本。與此同時,通過使用單個I3C總線,制造商能夠?qū)碜圆煌瑥S家的多種傳感器組合在一起,從而實現(xiàn)新的概念,同時還能支持更長的電池壽命和性價比系統(tǒng)。

多媒體應(yīng)用中的MIPI接口

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

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

-多媒體處理器:該實施主要用于姿態(tài)或運動識別,或人機界面。兩個圖像傳感器通過CSI-2協(xié)議與處理器配合,在處理器處識別和處理運動或姿態(tài)數(shù)據(jù),以便進一步分析和操控。隨后,通過CSI-2協(xié)議,將經(jīng)過處理的運功或姿態(tài)數(shù)據(jù)傳輸至應(yīng)用處理部分。

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

MIPI接口的優(yōu)點

MIPI CSI-2對MIPI D-PHY物理層進行了杠桿處理,以便與應(yīng)用處理器或SOC進行通信。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,每一幀通過虛擬信道、通過CSI-2接口傳輸。對于支持不同像素流、有時也支持多重曝光的多個圖像傳感器,采用并需要虛擬信道,并將虛擬信道標識指定給每一幀??紤]到來自相同圖像傳感器,但具有多個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(shù)據(jù)包進行通訊,它包含數(shù)據(jù)格式以及糾錯碼(ECC)功能,用于保護包頭和對有效負載進行循環(huán)冗余碼校驗(CRC)。這類實施適用于從圖像傳感器到SOC的所有傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包。單個數(shù)據(jù)包通過D-PHY 、通過CSI-2裝置控制器傳輸,隨后,分離到多個數(shù)據(jù)通道。D-PHY將數(shù)據(jù)分配到數(shù)個工作在高速模式下的數(shù)據(jù)通道,并通過信道將數(shù)據(jù)包傳輸?shù)浇邮掌?。對于使用其D-PHY物理層的CSI-2接收器,它負責數(shù)據(jù)包提取和解碼,最終將數(shù)據(jù)包傳輸至CSI-2主機控制器。隨后,以高效、低功耗和低成本實施方式,該過程在CSI-2裝置到主機間逐幀重復進行。

在具有多個相機和顯示屏的典型系統(tǒng)中,CSI-2和DSI協(xié)議將使用相同的物理層(D-PHY)。根據(jù)具體的目標應(yīng)用,在發(fā)現(xiàn)階段有很多需考慮的事項,如所要求的帶寬和裝置類型。了解這類考慮事項,有助于設(shè)計人員確定D-PHY版本,以及所要求的數(shù)據(jù)通道數(shù)和數(shù)據(jù)通道的速度,隨后,可確定需在系統(tǒng)中實施的管腳數(shù)。最后,設(shè)計人員能確定所需的接口以及其目標應(yīng)用的存儲器。例如,存在多種實施方案,其中,建立在D-PHY之上的CSI-2工作在每數(shù)據(jù)通道1.5 Gbps的速度下,在其他實施方案中,工作速度可達每數(shù)據(jù)通道2.5 Gbps。較低速度下的工作意味著更優(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(yīng)用場景。

總結(jié)

在眾多移動之外的應(yīng)用中,如汽車、物聯(lián)網(wǎng)和包含增強/虛擬現(xiàn)實在內(nèi)的多媒體應(yīng)用,現(xiàn)已使用了多個相機和顯示。對于所有這些應(yīng)用,需要能夠滿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是移動市場上的可靠接口,主要是智能電話,由于在其中成功實施,它們現(xiàn)已在眾多新應(yīng)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(guī)范兼容,,使用它們,設(shè)計人員能夠?qū)⑺韫δ芗{入其移動、汽車和物聯(lián)網(wǎng)SOC中,同時還能滿足在功耗、性能以及及時推向市場方面的要求。

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