MIPI DSI协议介绍

参考文档:

https://blog.csdn.net/qq160816/article/details/19555957

https://www.cnblogs.com/sky-heaven/p/13062962.html

MIPI

MIPI（移动行业处理器接口）是Mobile Industry Processor Interface的缩写。MIPI（移动行业处理器接口）是MIPI联盟发起的为移动应用处理器制定的开放标准。

已经完成和正在计划中的规范如下：

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MIPI联盟的MIPI DSI规范

名词解释

名词解释:

  • DCS (DisplayCommandSet)：DCS是一个标准化的命令集，用于命令模式的显示模组。
  • DSI (DisplaySerialInterface) 定义了一个位于处理器和显示模组之间的高速串行接口。
  • CSI (CameraSerialInterface) 定义了一个位于处理器和摄像模组之间的高速串行接口。
  • D-PHY：提供DSI和CSI的物理层定义

DSI分层结构

DSI分四层，对应D-PHY、DSI、DCS规范、分层结构图如下：

  • PHY 定义了传输媒介，输入/输出电路和和时钟和信号机制。
  • Lane Management层：发送和收集数据流到每条lane。
  • Low Level Protocol层：定义了如何组帧和解析以及错误检测等。
  • Application层：描述高层编码和解析数据流。

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Command和Video模式

  • DSI兼容的外设支持Command或Video操作模式，用哪个模式由外设的构架决定
  • Command模式是指采用发送命令和数据到具有显示缓存的控制器。主机通过命令间接的控制外设。Command模式采用双向接口
  • Video模式是指从主机传输到外设采用时实象素流。这种模式只能以高速传输。为减少复杂性和节约成本，只采用Video模式的系统可能只有一个单向数据路径

D-PHY介绍

D-PHY 描述了一同步、高速、低功耗、低代价的PHY。

一个 PHY配置包括:

  • 一个时钟lane
  • 一个或多个数据lane

两个Lane的 PHY配置如下图:

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三个主要的lane的类型

  • 单向时钟Lane
  • 单向数据Lane
  • 双向数据Lane

D-PHY的传输模式:

  • 低功耗（Low-Power）信号模式（用于控制）：10MHz (max)
  • 高速（High-Speed）信号模式（用于高速数据传输）：80Mbps ~ 1Gbps/Lane
  • D-PHY低层协议规定最小数据单位是一个字节
  • 发送数据时必须低位在前，高位在后
  • D-PHY适用于移动应用
  • DSI：显示串行接口： 一个时钟lane，一个或多个数据lane。
  • CSI：摄像串行接口

Lane模块

PHY由D-PHY(Lane模块)组成。

D-PHY可能包含：

  • 低功耗发送器（LP-TX）

  • 低功耗接收器（LP-RX）

  • 高速发送器（HS-TX）

  • 高速接收器（HS-RX）

  • 低功耗竞争检测器（LP-CD）

三个主要lane类型

  • 单向时钟Lane Master：HS-TX, LP-TX Slave：HS-RX, LP-RX

  • 单向数据Lane

    Master：HS-TX, LP-TX Slave：HS-RX, LP-RX

  • 双向数据Lane Master, Slave：HS-TX, LP-TX, HS-RX, LP-RX, LP-CD

Lane状态和电压

Lane状态

  • LP-00, LP-01, LP-10, LP-11 (单端)
  • HS-0, HS-1 (差分)

Lane电压（典型）

  • LP：0-1.2V
  • HS：100-300mV (200mV)

操作模式

数据Lane的三种操作模式:

  • Escape mode
  • High-Speed(Burst) mode
  • Control mode

从控制模式的停止状态开始的可能事件有：

  • Escape mode request (LP-11→LP-10→LP-00→LP-01→LP-00)

  • High-Speed mode request (LP-11→LP-01→LP-00)

  • Turnaround request (LP-11→LP-10→LP-00→LP-10→LP-00)

Escape mode是数据Lane在LP状态下的一种特殊操作， 在这种模式下，可以进入一些额外的功能：LPDT, ULPS, Trigger 数据Lane进入Escape mode模式通过LP-11→LP-10→LP-00→LP-01→LP-00 一旦进入Escape mode模式，发送端必须发送1个8-bit的命令来响应请求的动作 Escape mode 使用Spaced-One-Hot Encoding

超低功耗状态（Ultra-Low Power State） 这个状态下，lines处于空状态 (LP-00)

时钟Lane的超低功耗状态 时钟Lane通过LP-11→LP-10→LP-00进入ULPS状态 通过LP-10 → TWAKEUP →LP-11退出这种状态，最小TWAKEUP时间为1ms

高速数据传输 发送高速串行数据的行为称为高速数据传输或触发（burst） 全部Lanes门同步开始，结束的时间可能不同。 时钟应该处于高速模式

各模操作式下的传输过程

  • 进入Escape模式的过程 ：LP-11→LP-10→LP-00→LP-01→LP-00→Entry Code → LPD (10MHz)
  • 退出Escape模式的过程：LP-10→LP-11
  • 进入高速模式的过程：LP-11→LP-01→LP-00→SoT(00011101) → HSD (80Mbps ~ 1Gbps)
  • 退出高速模式的过程：EoT→LP-11
  • 控制模式 - BTA 传输过程：LP-11→LP-10→LP-00→LP-10→LP-00
  • 控制模式 - BTA 接收过程：LP-00→LP-10→LP-11

状态转换关系图：

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DSI介绍

DSI是一种Lane可扩展的接口，1个时钟Lane/1-4个数据Lane

DSI兼容的外设支持1个或2个基本的操作模式：

  • Command Mode（类似于MPU接口）
  • Video Mode（类似于RGB接口）- 必须用高速模式传输数据，支持3种格式的数据传输 Non-Burst 同步脉冲模式 Non-Burst 同步事件模式 Burst模式

传输模式：

  • 高速信号模式（High-Speed signaling mode）
  • 低功耗信号模式（Low-Power signaling mode） - 只使用数据lane 0（时钟是由DP，DN异或而来）。

帧类型

  • 短帧：4 bytes (固定)
  • 长帧：6~65541 bytes (可变)

两个数据Lane高速传输示例

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短帧结构

帧头部（4个字节）

  • 数据标识(DI) 1个字节
  • 帧数据- 2个字节 （长度固定为2个字节）
  • 错误检测(ECC) 1个字节

帧大小

  • 长度固定为4个字节

长帧结构

帧头部（4个字节）

  • 数据标识(DI) 1个字节
  • 数据计数- 2个字节 （数据填充的个数）
  • 错误检测(ECC) 1个字节

数据填充(0~65535 字节): 长度=WC*字节

帧尾：校验和（2个字节）

帧大小：4 + (0~65535) + 2 = 6 ~ 65541 字节

帧数据类型

具体代码在drivers/video/msm/Mipi_dsi.h中


/* dcs read/write */
 
#define DTYPE_DCS_WRITE 0x05 /* short write, 0 parameter */
#define DTYPE_DCS_WRITE1 0x15 /* short write, 1 parameter */
#define DTYPE_DCS_READ 0x06 /* read */
#define DTYPE_DCS_LWRITE 0x39 /* long write */
 
/* generic read/write */
#define DTYPE_GEN_WRITE 0x03 /* short write, 0 parameter */
#define DTYPE_GEN_WRITE1 0x13 /* short write, 1 parameter */
#define DTYPE_GEN_WRITE2 0x23 /* short write, 2 parameter */
#define DTYPE_GEN_LWRITE 0x29 /* long write */
#define DTYPE_GEN_READ 0x04 /* long read, 0 parameter */
#define DTYPE_GEN_READ1 0x14 /* long read, 1 parameter */
#define DTYPE_GEN_READ2 0x24 /* long read, 2 parameter */
#define DTYPE_TEAR_ON 0x35 /* set tear on */
#define DTYPE_MAX_PKTSIZE 0x37 /* set max packet size */
#define DTYPE_NULL_PKT 0x09 /* null packet, no data */
#define DTYPE_BLANK_PKT 0x19 /* blankiing packet, no data */
#define DTYPE_CM_ON 0x02 /* color mode off */
#define DTYPE_CM_OFF 0x12 /* color mode on */
#define DTYPE_PERIPHERAL_OFF 0x22
#define DTYPE_PERIPHERAL_ON 0x32
 
/*
* dcs response
*/
#define DTYPE_ACK_ERR_RESP 0x02
#define DTYPE_EOT_RESP 0x08 /* end of tx */
#define DTYPE_GEN_READ1_RESP 0x11 /* 1 parameter, short */
#define DTYPE_GEN_READ2_RESP 0x12 /* 2 parameter, short */
#define DTYPE_GEN_LREAD_RESP 0x1a
#define DTYPE_DCS_LREAD_RESP 0x1c
#define DTYPE_DCS_READ1_RESP 0x21 /* 1 parameter, short */
#define DTYPE_DCS_READ2_RESP 0x22 /* 2 parameter, short */

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MIPI DSI信号测量实例

MIPI DSI在Low Power模式下的信号测量图

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MIPI的D-PHY和DSI的传输方式和操作模式

D-PHY和DSI的传输模式

  • 低功耗（Low-Power）信号模式（用于控制）：10MHz (max)
  • 高速（High-Speed）信号模式（用于高速数据传输）：80Mbps ~ 1Gbps/Lane

D-PHY的操作模式

  • Escape mode, High-Speed(Burst) mode, Control mode

DSI的操作模式

  • Command Mode（类似于MPU接口）
  • Video Mode（类似于RGB接口）- 必须用高速模式传输数据

小结论

小结论:

  • 传输模式和操作模式是不同的概念

  • Video Mode操作模式下必须使用High-Speed的传输模式

  • Command Mode操作模式并没有规定使用High-Speed或Low Power的传输模式，或者说

  • 即使外部LCD模组为Video Mode，但通常在LCD模组初始化时还是使用Command Mode模式来读写寄存器，因为在低速下数据不容易出错并且容易测量。

  • Video Mode当然也可以用High-Speed的方式来发送指令，Command Mode操作模式也可以使用High-Speed，只是没有必要这么做