Forståelse af MIPI-grænseflade, protokol og standarder: En omfattende vejledning

Det er blevet bevist, at mange fremskridt i udviklingen af mobile og elektroniske enheder i høj grad er blevet lettet af udviklingen i konnektivitetsstandarder. Af disse kan MIPI-teknologi (Mobile Industry Processor Interface) bemærkes som dens bidrag til ydeevnen og effektiviteten af datakommunikation mellem komponenterne. Denne særlige artikel har til hensigt at give et indgående kendskab til MIPI-grænsefladen, protokollen og standarderne og deres væsentlige rolle i den nuværende æra af elektronik.

1.Hvad er MIPI?

MIPI, eller Mobile Industrial Processor Interface, er et sæt standardiserede grænseflader udviklet af MIPI Alliance til at forbinde perifere enheder og sensorer til indlejrede processorer i mobile enheder. Grænsefladen er designet til at være laveffekt, højhastighed og fleksibel, hvilket gør den ideel til brug i mobile enheder såsom smartphones og tablets. Den er designet til at lette højhastighedsdataoverførsel mellem mobile enheder og elektroniske enhedskomponenter. MIPI Alliance blev dannet i 2003 af brancheledere for at udvikle og fremme åbne standarder for grænseflader i mobil- og mobilpåvirkede industrier.

2.Forståelse af MIPI-grænsefladen

En grænseflade i elektronik er en fælles grænse, som information sendes over. Der er mange forskellige typer MIPI-grænseflader, herunder MIPI-CSI2, MIPI D-PHY, MIPI C-PHY, MIPI M-PHY og MIPI I3C. Hver grænseflade har et specifikt formål og forskellige egenskaber med hensyn til datahastighed, strømforbrug og implementering af fysiske lag.

• MIPI CSI (Camera Serial Interface): Bruges til at forbinde kamerasensorer til processorer, hvilket muliggør højhastighedstransmission af billeddata.
• MIPI DSI (Display Serial Interface): Forbinder skærme til processorer, hvilket sikrer effektiv kommunikation og visuelt output i høj kvalitet.
• MIPI C-PHY og D-PHY: Fysiske laggrænseflader til højhastighedsdataoverførsel. C-PHY bruger en trefaset kodning, mens D-PHY anvender en differentiel signaleringsmetode.

Disse grænseflader er kritiske i smartphones, tablets og andre bærbare enheder, hvor plads og strømeffektivitet er altafgørende.

2.1Udforskning af MIPI-protokollen

MIPI-protokol reglerne for dataudveksling. Denmipi-Protokollen omfatter:

• MIPI CSI-2(MIPI-kameraets seriel grænseflade):En meget brugtMIPI-stik til kameratilslutning, der understøtter billedsensorer og videoapplikationer i høj opløsning. Det sikrer lavt strømforbrug og effektiv dataoverførsel.
• MIPI DSI-2(MIPI Display seriel grænseflade): Den er designet til skærmgrænseflader og understøtter skærme i høj opløsning og forbedrer den visuelle oplevelse med lav latenstid og høj båndbredde.

MIPI-protokollen sikrer kompatibilitet og interoperabilitet mellem forskellige komponenter, hvilket muliggør problemfri kommunikation og funktionalitet.

2.2MIPI-standarder

Standarder er afgørende for at sikre ensartethed og pålidelighed. De vigtigste MIPI-standarder omfatter:

• MIPI CSI-2: Definerer grænsefladen til kameraer, der understøtter op til 8K-opløsning.
• MIPI DSI-2: Angiver grænsefladen til skærme, hvilket sikrer høje opdateringshastigheder og lavt strømforbrug.
• MIPI I3C: En næste generations sensorgrænseflade, der tilbyder højere ydeevne og strømeffektivitet sammenlignet med I2C.
• MIPI UniPro: En alsidig standard til sammenkobling af forskellige undersystemer i en enhed.

Overholdelse af disse standarder sikrer, at enheder kan kommunikere effektivt, hvilket fører til bedre ydeevne og brugeroplevelse.

2.3MIPI-arkitektur

Arkitekturen i MIPI-systemer er designet til at understøtte effektiv dataoverførsel. Nøglekomponenter omfatter:

• Controllere:Administrer dataflow mellem komponenter.
• Fysiske lag (PHY): Sørg for pålidelig signaltransmission.
• Protokol lag: Styr reglerne for dataudveksling.

Denne lagdelte arkitektur muliggør høj ydeevne og robust kommunikation mellem forskellige dele af en enhed.

3.Hvordan fungerer mipi kameraet?

I dag er stort set alle smartphone-enheder udstyret med kameraer. Selv de billigste smartphone-modeller er udstyret med indlejrede kameraer. I denne digitale tidsalder med sociale medier er mobilkameraer et must-have for alle typer mobilbrugere.

Kamerasensorer, der understøtter MIPI-grænsefladen, er kendt som MIPI-kameraer. Disse kameraer findes almindeligvis i smartphones, tablets, bærbare computere og andre bærbare enheder.

Et indlejret visionssystem til mobile enheder består normalt af følgende komponenter:

• Billedsensor:Denne komponent involverer optagelse af billeder, og hvordan de digitaliseres.
• MIPI-grænseflade: Denne grænseflade fungerer i det væsentlige som broen mellem kamerasensoren og værtsprocessoren. MIPI er en grænseflade, der specificerer de fysiske lag og protokollag, der skal bruges til overførsel af digitale billeder.
• Linse:Fra ydersiden til indersiden: gennem linsen behandles det eksterne lys derefter af IR-filteret og fokuseres derefter på sensoroverfladen for at generere et elektrisk signal fra lyset, der passerer gennem linsen; signalet digitaliseres derefter af den interne A/D.

Derfor fungerer mipi -kameraet som følger – et billede optages ved hjælp af billedsensoren, billedet omdannes derefter til det digitale domæne, og til sidst sendes signalet til processoren gennem MIPI-grænsefladen. Processoren konverterer senere det digitale billede af objektet og viser det på skærmen.

4.Mipi's evolutionære historie

4.1MIPI CSI-1

MIPI CSI-1 var den første version af MIPI-grænsefladearkitekturen, som har specificeret protokollerne for forbindelse mellem det indlejrede kamera og værtsprocessoren.

Camera Serial Interface 1 (CSI-1)MIPI var en kommunikationsprotokol, der blev brugt til at transmittere kamerasensorsignaler til en indlejret behandlingsplatform i en håndholdt mobil computerenhed. Denne protokol var baseret på de fysiske og protokollagsspecifikationer for kameragrænseflader leveret af MIPI Alliance til design af forbindelser mellem kamerasensor og indlejret processor til overførsel af billeder fra kamerasensoren til den indlejrede processor.

Det fysiske lag og protokollaget i MIPI CSI-1-specifikationen bestemte henholdsvis de elektriske og signaleringsegenskaber for det fysiske lag og protokollagets protokol- og pakkestruktur. Det blev også brugt til at overføre billeddata, kontroldata og anden information mellem kameraet og værtsprocessoren. MIPI CSI-1 anvendte en differentiel signaleringsmetode og var i stand til at levere dataoverførselshastigheder på op til 1 Gbps.

MIPI CSI-1-protokollen er en ældre protokol og er forældet af dens avancerede efterfølgere som CSI-2 og CSI-3. Selvom CSI-1-grænsefladen er næsten forældet, ses den stadig i nogle ældre systemer.

4.2MIPI CSI-2

MIPI CSI-2 er anden generation af MIPI CSI-grænseflader, også kendt som Camera Serial Interface. Svarende til CSI-1-protokollen,MIPI CSI-2 er også udviklet på grundlag af MIPI-alliancens ramme og omfatter de fysiske lag og protokollag til billeddatatransport i mobile indlejrede visionssystemer.

I øjeblikket erMipi CSI 2 interface anses for at være den almindelige løsning til kamera-processor-tilslutning i smartphones og tablets. Som tidligere nævnt er MIPI CSI-2 bredt understøttet af kamerasensorer og indlejret processor. CSI-2-protokollen giver bedre funktionelle og yderligere egenskaber sammenlignet med den originale CSI-1-protokol.Mipi CSI 2 er en anden grænsefladestandard, der er udviklet med det formål at give høje overførselshastigheder over den mere almindelige serielle forbindelse og bruger differentiel signalering på en måde, der lignerMipi CSI1 mens de tilbyder datahastigheder på op til 3 . 5 Gbps.

Den første version af MIPIcsi2 blev udgivet i 2005 og bestod af følgende protokollag:

• Fysisk lag
• Banesammensmeltningslag
• Protokollag på lavt niveau
• Pixel-til-byte konverteringslag
• Påføringslag

I 2017 blev den anden version af MIPI CSI-2 udgivet. Denne version indeholdt RAW-16 og RAW-20 farvedybder, 32 virtuelle kanaler og LRTE (reduktion af lav latenstid og transporteffektivitet). En tredje version afcsi2 protokol udgivet i 2019 inkluderer RAW-24-farvedybden i CSI-2.

Hovedparten består af MIPI CSI-2-standarden, og CSI-2E og CSI-2E betragtes som udvidelser af MIPI CSI-2. Disse udvidelser er nyttige til at give yderligere understøttelse af højere datahastigheder, længere kabler, forbedret fejlkontrol osv.

Da MIPI CSI-2 er almindeligt anvendt og har et højtydende område, gælder MIPI CSI-2 for autonome køretøjer, drone, smarte forbundne byer, biomedicinsk billedbehandling og robotteknologi.

5.Fordele ved at bruge mipi-grænsefladen som en forbindelsesgrænseflade til kameraer

USB-kameraet og mipi-kameraet er to typer kamerasensorer, der i øjeblikket er meget udbredt i mobile enheder og indlejrede visionssystemer

Der er flere grunde til at bruge mipi kameraer til mobile enheder og indlejrede visionssystemer frem for usb-kameraer:

• Økosystem: MIPI Alliance har et meget levende fællesskab af billedsensorer, objektiver blandt andre komponenter, der er kompatible og bedst egnet til MIPI-kameraer for nem udvikling af systemer baseret på MIPI-kameraer.
• Størrelse og formfaktor:MIPI-kameraer er fysisk mindre og slankere end USB-kameraer, hvilket er bedre til integration i små, slanke enheder.
• Fleksibilitet: Fleksibilitet: MIPI kamera er kompatible med mange typer processorer og billedsensorer, i modsætning til USB-kameraer.
• Datahastighed: DenMIPI kamera kan streame billeddataene med meget højere datahastigheder end USB-kameraerne og vil derfor være nyttige til applikationer med høj opløsning og høj billedhastighed.
• Strømforbrug: CSI-kamera er meget energieffektive, derfor kan de bruges i håndholdte enheder eller enheder, der fungerer på batterier.

6.Fremtidige tendenser inden for MIPI-teknologi

Fremtiden forMipi Teknologien er lovende med tendenser, der bl.a.:

• AI-integration: Forbedring af enhedens funktioner med kunstig intelligens for forbedret funktionalitet.
• Grænseflader med højere båndbredde: Understøtter 8K-video og mere.
• Større energieffektivitet: Reducerer strømforbruget for længere batterilevetid.

Disse fremskridt vil fortsætte med at drive innovation i elektronikindustrien.

Enll i alt,MIPI-teknologien har revolutioneret forbindelsen inden for elektroniske enheder og giver effektiv dataoverførsel med høj hastighed, samtidig med at strømeffektiviteten opretholdes. Forståelse af MIPI-grænseflader, protokoller og standarder er afgørende for alle, der er involveret i udviklingen af moderne elektronik. Efterhånden som teknologien udvikler sig, vil MIPI forblive på forkant og skabe nye muligheder og forbedringer i enhedens ydeevne.

Ofte stillede spørgsmål:

Hvad er forskellen mellem MIPI C-PHY og D-PHY?

MIPI C-PHY bruger et trefaset kodningsskema til at overføre data, hvilket giver højere båndbredde med færre ben. MIPI D-PHY bruger differentiel signalering, hvilket er enklere, men kan kræve flere pins for højere datahastigheder.

Hvordan implementerer man MIPI-grænseflader i nye designs?

Implementering af MIPI-grænseflader involverer valg af passende MIPI-specifikationer, integration af kompatible komponenter og sikring af overholdelse af MIPI-standarder for optimal ydeevne og interoperabilitet.