فهم واجهة MIPI والبروتوكول والمعايير: دليل شامل

لقد ثبت أن الكثير من التقدم في تطوير الأجهزة المحمولة والإلكترونية قد تم تسهيله بشكل كبير من خلال التطور في معايير الاتصال. من بين هذه ، يمكن ملاحظة تقنية MIPI (واجهة معالج صناعة الهاتف المحمول) كمساهمة في أداء وكفاءة اتصال البيانات بين المكونات. تهدف هذه المقالة بالذات إلى توفير معرفة متعمقة بواجهة MIPI والبروتوكول والمعايير ودورها المهم في العصر الحالي للإلكترونيات.

1.ما هو MIPI؟

MIPI ، أو واجهة المعالج الصناعي المحمول ، هي مجموعة من الواجهات القياسية التي طورها تحالف MIPI لتوصيل الأجهزة الطرفية وأجهزة الاستشعار بالمعالجات المضمنة داخل الأجهزة المحمولة. تم تصميم الواجهة لتكون منخفضة الطاقة وعالية السرعة ومرنة ، مما يجعلها مثالية للاستخدام في الأجهزة المحمولة مثل الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية. وهي مصممة لتسهيل نقل البيانات بسرعة عالية بين الأجهزة المحمولة ومكونات الأجهزة الإلكترونية. تم تشكيل تحالف MIPI في عام 2003 من قبل قادة الصناعة لتطوير وتعزيز المعايير المفتوحة للواجهات في الصناعات المتنقلة والمتأثرة بالجوال.

2.فهم واجهة MIPI

الواجهة في الإلكترونيات هي حدود مشتركة يتم من خلالها تمرير المعلومات. هناك العديد من الأنواع المختلفة من واجهات MIPI ، بما في ذلك MIPI-CSI2 و MIPI D-PHY و MIPI C-PHY و MIPI M-PHY و MIPI I3C. كل واجهة لها غرض محدد وخصائص مختلفة من حيث معدل البيانات واستهلاك الطاقة وتنفيذ الطبقة المادية.

• MIPI CSI (واجهة الكاميرا التسلسلية): يستخدم لتوصيل مستشعرات الكاميرا بالمعالجات ، مما يتيح نقل بيانات الصورة بسرعة عالية.
• MIPI DSI (واجهة العرض التسلسلية): يقوم بتوصيل الشاشات بالمعالجات ، مما يضمن اتصالا فعالا وإخراجا مرئيا عالي الجودة.
• MIPI C-PHY و D-PHY: واجهات الطبقة المادية لنقل البيانات بسرعة عالية. يستخدم C-PHY ترميزا ثلاثي الطور ، بينما يستخدم D-PHY طريقة إشارات تفاضلية.

هذه الواجهات ضرورية في الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية والأجهزة المحمولة الأخرى ، حيث تكون كفاءة المساحة والطاقة ذات أهمية قصوى.

2.1استكشاف بروتوكول MIPI

بروتوكول MIPI تحكم قواعد تبادل البيانات. الميبي-يتضمن البروتوكول:

• MIPI CSI-2(واجهة تسلسلية لكاميرا MIPI):تستخدم على نطاق واسعموصل MIPI لتوصيل الكاميرا ، ودعم مستشعرات الصور عالية الدقة وتطبيقات الفيديو. يضمن استهلاكا منخفضا للطاقة ونقل البيانات بكفاءة.
• MIPI DSI-2(واجهة عرض MIPI التسلسلية): مصمم لواجهات العرض ، وهو يدعم الشاشات عالية الدقة ويعزز التجربة المرئية بزمن انتقال منخفض وعرض نطاق ترددي عالي.

يضمن بروتوكول MIPI التوافق وقابلية التشغيل البيني بين المكونات المختلفة ، مما يسمح بالاتصال والوظائف السلسة.

2.2معايير MIPI

المعايير ضرورية لضمان الاتساق والموثوقية. تشمل معايير MIPI الرئيسية ما يلي:

• MIPI CSI-2: يحدد واجهة الكاميرات ، ويدعم دقة تصل إلى 8K.
• MIPI DSI-2: يحدد واجهة شاشات العرض ، مما يضمن معدلات تحديث عالية واستهلاكا منخفضا للطاقة.
• MIPI I3C: واجهة مستشعر من الجيل التالي ، توفر أداء أعلى وكفاءة في استخدام الطاقة مقارنة ب I2C.
• MIPI يونيبرو: معيار متعدد الاستخدامات لربط الأنظمة الفرعية المختلفة داخل الجهاز.

يضمن الالتزام بهذه المعايير قدرة الأجهزة على التواصل بشكل فعال ، مما يؤدي إلى أداء وتجربة مستخدم أفضل.

2.3بنية MIPI

تم تصميم بنية أنظمة MIPI لدعم نقل البيانات بكفاءة. تشمل المكونات الرئيسية ما يلي:

• وحدات تحكم:إدارة تدفق البيانات بين المكونات.
• الطبقات المادية (PHY): ضمان نقل إشارة موثوق.
• طبقات البروتوكول: تحكم قواعد تبادل البيانات.

تتيح هذه البنية متعددة الطبقات أداء عاليا واتصالا قويا بين الأجزاء المختلفة للجهاز.

3. كيف تعمل كاميرا ميبي؟

اليوم ، تم تجهيز جميع أجهزة الهواتف الذكية بشكل أساسي بكاميرات. حتى أرخص طرازات الهواتف الذكية مجهزة بكاميرات مدمجة. في هذا العصر الرقمي لوسائل التواصل الاجتماعي ، تعد الكاميرات المحمولة ضرورية لجميع أنواع مستخدمي الهواتف المحمولة.

تعرف مستشعرات الكاميرا التي تدعم واجهة MIPI باسم كاميرات MIPI. توجد هذه الكاميرات بشكل شائع في الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة والأجهزة المحمولة الأخرى.

يتكون نظام الرؤية المضمن للأجهزة المحمولة عادة من المكونات التالية:

• مستشعر الصورة:يتضمن هذا المكون التقاط الصور وكيفية رقمنتها.
• واجهة MIPI: تعمل هذه الواجهة بشكل أساسي كجسر بين مستشعر الكاميرا والمعالج المضيف. MIPI هي واجهة تحدد الطبقات المادية والبروتوكولية التي سيتم استخدامها لنقل الصور الرقمية.
• عدسة:من الخارج إلى الداخل: من خلال العدسة ، تتم معالجة الضوء الخارجي بواسطة مرشح الأشعة تحت الحمراء ثم يتم التركيز على سطح المستشعر لتوليد إشارة كهربائية من الضوء الذي يمر عبر العدسة ؛ ثم يتم رقمنة الإشارة بواسطة A / D الداخلي.

لذلك ، تعمل كاميرا mipi على النحو التالي – يتم تسجيل صورة بمساعدة مستشعر الصورة ، ثم يتم تحويل الصورة إلى المجال الرقمي ، وأخيرا ، يتم إرسال الإشارة إلى المعالج من خلال واجهة MIPI. يقوم المعالج لاحقا بتحويل الصورة الرقمية للكائن وعرضها على الشاشة.

4.التاريخ التطوري ل mipi

4.1MIPI CSI-1

كان MIPI CSI-1 هو الإصدار الأول من بنية واجهة MIPI التي حددت بروتوكولات الاتصال بين الكاميرا المضمنة والمعالج المضيف.

كانت واجهة الكاميرا التسلسلية 1 (CSI-1) MIPI عبارة عن بروتوكول اتصال تم استخدامه لنقل إشارات مستشعر الكاميرا إلى منصة معالجة مضمنة في جهاز حوسبة محمول باليد. استند هذا البروتوكول إلى مواصفات الطبقة المادية والبروتوكولية لواجهات الكاميرا التي يوفرها تحالف MIPI لتصميم الوصلات البينية بين مستشعر الكاميرا والمعالج المدمج لنقل الصور من مستشعر الكاميرا إلى المعالج المضمن.

حددت الطبقة المادية وطبقة البروتوكول لمواصفات MIPI CSI-1 الخصائص الكهربائية وإشارات الطبقة المادية وهيكل البروتوكول والرزمة لطبقة البروتوكول ، على التوالي. كما تم استخدامه لنقل بيانات الصورة وبيانات التحكم وغيرها من المعلومات بين الكاميرا والمعالج المضيف. استخدم MIPI CSI-1 طريقة إشارات تفاضلية وكان قادرا على توفير معدلات نقل بيانات تصل إلى 1 جيجابت في الثانية.

بروتوكول MIPI CSI-1 هو بروتوكول قديم وتم إهماله بواسطة خلفائه المتقدمين مثل CSI-2 و CSI-3. على الرغم من أنها عفا عليها الزمن تقريبا ، إلا أن واجهة CSI-1 لا تزال ترى في بعض الأنظمة القديمة.

4.2MIPI CSI-2

MIPI CSI-2 هو الجيل الثاني من واجهات MIPI CSI المعروفة أيضا باسم واجهة الكاميرا التسلسلية. على غرار بروتوكول CSI-1 ،MIPI CSI-2 تم تطويره أيضا على أساس إطار MIPI Alliance ويشمل الطبقات المادية والبروتوكولية لنقل بيانات الصور في أنظمة الرؤية المدمجة المتنقلة.

في الوقت الحالي ،MIPI CSI 2 تعتبر الواجهة هي الحل السائد للاتصال بمعالج الكاميرا في الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية. كما ذكرنا سابقا ، يتم دعم MIPI CSI-2 على نطاق واسع بواسطة مستشعرات الكاميرا والمعالج المضمن. يوفر بروتوكول CSI-2 خصائص وظيفية وإضافية أفضل مقارنة ببروتوكول CSI-1 الأصلي.MIPI CSI 2 هو معيار واجهة آخر تم تطويره لغرض توفير معدلات نقل عالية عبر الرابط التسلسلي الأكثر شيوعا ويستخدم الإشارات التفاضلية بطريقة مشابهة لMIPI CSI1 مع تقديم معدلات بيانات تصل إلى 3. 5 جيجابت في الثانية.

الإصدار الأول من MIPIسي إس آي 2 تم إصداره في عام 2005 ويتألف من طبقات البروتوكول التالية:

• الطبقة المادية
• طبقة دمج الحارة
• طبقة بروتوكول منخفضة المستوى
• طبقة تحويل بكسل إلى بايت
• طبقة التطبيق

شهد عام 2017 إصدار الإصدار الثاني من MIPI CSI-2. يتميز هذا الإصدار بأعماق ألوان RAW-16 و RAW-20 و 32 قناة افتراضية و LRTE (تقليل زمن الوصول المنخفض وكفاءة النقل). وهناك نسخة ثالثة منسي إس آي 2 يتضمن البروتوكول الذي تم إصداره في عام 2019 عمق ألوان RAW-24 في CSI-2.

يتكون الجزء الرئيسي من معيار MIPI CSI-2 ، وتعتبر CSI-2E و CSI-2E امتدادات ل MIPI CSI-2. هذه الامتدادات مفيدة لتوفير دعم إضافي لمعدلات بيانات أعلى ، وكابلات أطول ، وتحسين التحكم في الأخطاء ، وما إلى ذلك.

نظرا لاستخدام MIPI CSI-2 بشكل شائع وله منطقة عالية الأداء ، فإن MIPI CSI-2 ينطبق على المركبات المستقلة والطائرات بدون طيار والمدن الذكية المتصلة والتصوير الطبي الحيوي والروبوتات.

5.مزايا استخدام واجهة mipi كواجهة موصل للكاميرات

تعد كاميرا USB وكاميرا mipi نوعين من مستشعرات الكاميرا المستخدمة حاليا على نطاق واسع في الأجهزة المحمولة وأنظمة الرؤية المدمجة

هناك عدة أسباب لاستخدام كاميرات mipi للأجهزة المحمولة وأنظمة الرؤية المدمجة بدلا من كاميرات USB:

• نظام بيئي: يحتوي MIPI Alliance على مجتمع نابض بالحياة للغاية من مستشعرات الصور والعدسات من بين المكونات الأخرى المتوافقة والأنسب لكاميرا MIPI لسهولة تطوير الأنظمة القائمة على كاميرات MIPI.
• الحجم وعامل الشكل:كاميرات MIPI أصغر حجما وأنحف من كاميرات USB وهو أفضل للتكامل في الأجهزة الصغيرة والنحيفة.
• المرونة: المرونة: كاميرا MIPI متوافقة مع العديد من أنواع المعالجات وأجهزة استشعار الصور ، على عكس كاميرات USB.
• معدل البيانات: الكاميرا MIPI يمكن دفق بيانات الصورة بمعدلات بيانات أعلى بكثير من كاميرات USB ، وبالتالي سيكون مفيدا لتطبيقات الدقة العالية ومعدل الإطارات العالي.
• استهلاك الطاقة: كاميرا CSI موفرة للطاقة للغاية ، لذلك يمكن استخدامها في الأجهزة المحمولة باليد أو الأجهزة التي تعمل على البطاريات.

6.الاتجاهات المستقبلية في تكنولوجيا MIPI

مستقبلميبي التكنولوجيا واعدة ، مع اتجاهات تشمل:

• التكامل الذكاء الاصطناعي: تعزيز قدرات الجهاز باستخدام الذكاء الاصطناعي لتحسين الوظائف.
• واجهات النطاق الترددي الأعلى: دعم فيديو 8K وما بعده.
• كفاءة أكبر في استخدام الطاقة: تقليل استهلاك الطاقة لعمر أطول للبطارية.

ستستمر هذه التطورات في دفع الابتكار في صناعة الإلكترونيات.

Aليرة لبنانية في الكل,أحدثت تقنية MIPI ثورة في الاتصال داخل الأجهزة الإلكترونية ، مما يوفر نقلا فعالا وعالي السرعة للبيانات مع الحفاظ على كفاءة الطاقة. يعد فهم واجهات MIPI وبروتوكولاتها ومعاييرها أمرا بالغ الأهمية لأي شخص يشارك في تطوير الإلكترونيات الحديثة. مع تطور التكنولوجيا ، سيبقى MIPI في المقدمة ، مما يؤدي إلى إمكانيات جديدة وتحسينات في أداء الجهاز.

الأسئلة المتداولة:

ما هو الفرق بين MIPI C-PHY و D-PHY؟

يستخدم MIPI C-PHY نظام ترميز ثلاثي المراحل لنقل البيانات ، مما يوفر نطاقا تردديا أعلى مع عدد أقل من الدبابيس. يستخدم MIPI D-PHY الإشارات التفاضلية ، وهو أبسط ولكنه قد يتطلب المزيد من المسامير لمعدلات بيانات أعلى.

كيفية تنفيذ واجهات MIPI في التصاميم الجديدة؟

يتضمن تنفيذ واجهات MIPI اختيار مواصفات MIPI المناسبة ، ودمج المكونات المتوافقة ، وضمان الامتثال لمعايير MIPI للحصول على الأداء الأمثل وقابلية التشغيل البيني.