MIPI DSI协议简介

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：

MIPI联盟的MIPI DSI规范

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 （Display Serial Interface）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 （Camera Serial Interface）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

关于CSI，请参考：https://deepinout.com/camera-terms/easy-to-understand-mipi-csi.html

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。

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

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

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

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

MIPI DSI信号测量实例

MIPI DSI在Low Power模式下的信号测量图

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**

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