[導(dǎo)讀] 來(lái)源:公眾號(hào)瓜大三哥,版權(quán)歸瓜大三哥所有1MIPI簡(jiǎn)介2MIPICSI-2簡(jiǎn)介2.1MIPICSI-2的層次結(jié)構(gòu)2.2??CSI-2協(xié)議層2.3??打包/解包層2.4??LLP(LowLevelProtocol)層2.5??通道管理(LaneManagement)層2.6??物理...
來(lái)源:公眾號(hào)瓜大三哥,版權(quán)歸瓜大三哥所有
1 MIPI 簡(jiǎn)介 2 MIPI CSI-2簡(jiǎn)介 2.1 MIPI CSI-2 的層次結(jié)構(gòu) 2.2 CSI-2協(xié)議層 2.3 打包/解包層 2.4 LLP(Low Level Protocol)層 2.5 通道管理(Lane Management)層 2.6 物理層(PHY Layer) 3 MIPI CSI2的物理連接 4 MIPI CSI2的工作模式 5 MIPI CSI2的數(shù)據(jù)包格式 5.1 MIPI CSI2的長(zhǎng)包格式 5.2 MIPI CSI2的短包格式 6 基于FPGA的MIPI接口實(shí)現(xiàn) 6.1 接口描述 6.2 模塊分析 6.2.1 解串模塊 6.2.2 協(xié)議模塊 6.2.3 RAW 10bit生成模塊 6.3 實(shí)例應(yīng)用 6.3.1 硬件結(jié)構(gòu)框圖 6.3.2 IIC配置 6.3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 7 參考鏈接
1 MIPI簡(jiǎn)介
MIPI 是
Mobile Industry Processor Interface(移動(dòng)行業(yè)處理器接口)的縮寫(xiě)。MIPI 聯(lián)盟是一個(gè)開(kāi)放的會(huì)員制組織。2003年7月,由美國(guó)德州儀器(TI)、意法半導(dǎo)體(ST)、英國(guó) ARM 和芬蘭諾基亞(Nokia)4 家公司共同成立。
MIPI 聯(lián)盟旨在推進(jìn)移動(dòng)應(yīng)用處理器接口的標(biāo)準(zhǔn)化。MIPI 聯(lián)盟下面有不同的 WorkGroup ,分別定義了一系列的手機(jī)內(nèi)部接口標(biāo)準(zhǔn),比如攝像頭接口 CSI 、顯示接口 DSI 、射頻接口 DigRF 、麥克風(fēng)/喇叭接口 SLIMbus 等。而 MIPI CSI-2 (Camera) and MIPI DSI (Display)則是目前業(yè)界使用最廣的兩個(gè) MIPI 接口標(biāo)準(zhǔn),而這也是和視頻傳輸相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn),所以本文主要對(duì) CSI-2 攝像頭標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行介紹。
2 MIPI CSI-2簡(jiǎn)介
MIPI CSI(Camera Serial Interface)是由MIPI聯(lián)盟下 Camera 工作組指定的接口標(biāo)準(zhǔn)。CSI-2 是 MIPI CSI 第二版,主要由應(yīng)用層、協(xié)議層、物理層組成,最大支持4通道數(shù)據(jù)傳輸、單線傳輸速度高達(dá)1Gb/s。
2.1 MIPI CSI-2 的層次結(jié)構(gòu)
MIPI CSI-2的分層方法有好幾種,根據(jù)MIPI聯(lián)盟的規(guī)范,CSI-2 可分為5層,如圖1所示,分別為:應(yīng)用層、組包/解包層、底層協(xié)議層(Low Level Protocol)、通道管理層和物理層。
圖1協(xié)議結(jié)構(gòu)層次詳細(xì)描述如下
名稱(chēng)
描述
應(yīng)用層
即是處理原始圖像數(shù)據(jù)的各種算法模塊
組包/解包層
負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)按照一定的次序,切割成8比特?cái)?shù)據(jù)。
底層協(xié)議層
為新生成的數(shù)據(jù)加上包頭包尾,形成符合協(xié)議要求的數(shù)據(jù)流。
通道管理層
將生成的數(shù)據(jù)流按照一定次序和要求,進(jìn)行讀寫(xiě)管理,輸出數(shù)據(jù)流。
物理層
生成MIPI最后的信號(hào)波形。
2.2 CSI-2協(xié)議層
CSI-2 協(xié)議層允許多數(shù)據(jù)流(CSI-2TX)共用一個(gè)主機(jī)處理器端 CSI-2 接收信號(hào)接口(CSI-2RX)。協(xié)議層就可以描述有多少數(shù)據(jù)流被標(biāo)記并組合在一起,指定了多數(shù)據(jù)流怎樣被標(biāo)記和交叉存取,因此每個(gè)數(shù)據(jù)流可以在 SOC 處理器 CSI-2 接收器中被正確的重建,才能把各個(gè)數(shù)據(jù)流正確地恢復(fù)出來(lái)。
2.3 打包/解包層
CSI-2支持多種像素格式圖像應(yīng)用,包括從6位到24位每個(gè)像素的數(shù)據(jù)格式。
在發(fā)送端,數(shù)據(jù)由本層被發(fā)送到LLP層(Low Level Protocol)前,本層將應(yīng)用層傳來(lái)的數(shù)據(jù)由像素打包成字節(jié)數(shù)據(jù);
在接收端,執(zhí)行相反過(guò)程,將LLP層發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)解包,由字節(jié)轉(zhuǎn)成像素,然后才發(fā)送到應(yīng)用層。8位每像素的數(shù)據(jù)在本層被傳輸時(shí)不會(huì)被改變。
2.4 LLP(Low Level Protocol)層
LLP層包括為串行數(shù)據(jù)在傳輸開(kāi)始(SoT)到傳輸結(jié)束(EoT)之間傳輸事件和傳輸數(shù)據(jù)到下一層,建立位級(jí)和字節(jié)級(jí)同步的方法。LLP最小數(shù)據(jù)粒度是1字節(jié)。LLP層也包括,每字節(jié)中各位數(shù)值分布解釋?zhuān)础岸恕保‥ndian)分布。
2.5 通道管理(Lane Management)層
為性能不斷提升,CSI-2 是通道可擴(kuò)展的。數(shù)據(jù)通道數(shù)目可以是1,2,3,4,這個(gè)依賴于應(yīng)用中的帶寬需求。接口發(fā)送端分配(“distributor”功能)輸出數(shù)據(jù)流到一個(gè)或更多通道。在接收端,接口從通道收集字節(jié)并將之合并(“merger”功能)成為重新組合的數(shù)據(jù)流,恢復(fù)原始數(shù)據(jù)流序列。
2.6 物理層(PHY Layer)
定義了傳輸介質(zhì) (electrical conductors,導(dǎo)體),輸入/輸出電路信號(hào)的電氣特性(electrical parameters)和時(shí)鐘機(jī)制(時(shí)序)。即如何從串行位流(Bit Stream)中獲取“0”和“1”信號(hào)。規(guī)范中的這一部分記錄了傳輸介質(zhì)的特性,并依據(jù)時(shí)鐘和數(shù)據(jù)通道之間發(fā)信號(hào)和產(chǎn)生時(shí)鐘的關(guān)系規(guī)定了電學(xué)參數(shù)。
3 MIPI CSI2的物理連接
除地線外,MIPI CSI2一般會(huì)有1對(duì)I2C通信引腳,1對(duì)MIPI差分時(shí)鐘引腳和1~4對(duì)MIPI差分?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)引腳,如圖2所示。
圖2信號(hào)描述如下
名稱(chēng)
描述
DATA1 /DATA1-
MIPI協(xié)議組包生成的差分模擬數(shù)據(jù)信號(hào)第1組
DATA2 /DATA2-
MIPI協(xié)議組包生成的差分模擬數(shù)據(jù)信號(hào)第2組
CLOCK /CLOCK-
協(xié)議組包生成的差分模擬時(shí)鐘信號(hào)
SCL/SDA
IIC控制通道
在典型的應(yīng)用中發(fā)送端在完成對(duì)圖像的各種處理后,按照協(xié)議對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行打包,然后通過(guò)差分信號(hào)線向接收端傳輸信號(hào),差分信號(hào)線一般有一對(duì)時(shí)鐘差分線和多對(duì)數(shù)據(jù)差分線,數(shù)據(jù)差分信號(hào)線的數(shù)量與需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量的要求有關(guān),數(shù)據(jù)量越大多對(duì)數(shù)據(jù)線能更容易滿足鏈路的需求。一般情況下兩百萬(wàn)到五百萬(wàn)像素的手機(jī)使用兩對(duì)差分?jǐn)?shù)據(jù)線,即兩個(gè)數(shù)據(jù)通道。而當(dāng)攝像頭像素進(jìn)一步提高到八百萬(wàn)甚至一千三百萬(wàn)時(shí)一般會(huì)使用四個(gè)數(shù)據(jù)通道,即四對(duì)差分?jǐn)?shù)據(jù)線。
與外部進(jìn)行控制信號(hào)交互時(shí),采用的是I2C接口,在MIPI的發(fā)送端使用的是I2C從端的IP,MIPI CSI-2接口的控制寄存器連接I2C的從端,這樣外部接收裝置可以通過(guò)I2C去配置MIPI發(fā)送端的內(nèi)部寄存器,以此改變MIPI CSI-2接口內(nèi)部狀態(tài)機(jī)的持續(xù)時(shí)間和最后輸出數(shù)據(jù)時(shí)的通道數(shù),又或者在調(diào)試過(guò)程中讀出這些寄存器,去做相應(yīng)的檢查,以判斷發(fā)送端的工作狀態(tài),再通過(guò)接收端的現(xiàn)象來(lái)分析發(fā)送端是否工作在正常的狀態(tài)。
4 MIPI CSI2的工作模式
D-PHY有兩種傳輸模式。
HS 高速傳輸模式,用于傳輸突發(fā)數(shù)據(jù),同步傳輸,信號(hào)為差分信號(hào),電平范圍為100mv-300mv,傳輸速度范圍是80-1000Mbps。在該模式下傳輸時(shí),當(dāng)差分線正端收到 1.2V 信號(hào),負(fù)端收到 0V信號(hào)時(shí),這時(shí)接收端識(shí)別為 1。反之為0。
LP 低功耗模式,用于傳輸控制指令,異步傳輸,信號(hào)線為單端,電平范圍是0-1.2v,沒(méi)有用時(shí)鐘線,時(shí)鐘是通過(guò)兩個(gè)數(shù)據(jù)線異或而來(lái)的,速度只有10Mbps。在該模式下傳輸時(shí),當(dāng)正端接收到300m V,負(fù)端接收到100m V 時(shí)接收端識(shí)別為1,反之則識(shí)別為0。
5 MIPI CSI2的數(shù)據(jù)包格式
MIPI CSI2是一個(gè)面向字節(jié)的,基于包的協(xié)議;它支持任意大小的數(shù)據(jù)通過(guò)短包和長(zhǎng)包格式傳輸。各個(gè)包之間由EOT-LPS-SOT序列隔開(kāi),如圖所示。
LLP包有兩種:長(zhǎng)包和短包。每個(gè)包的傳輸以SoT(start of transmission)開(kāi)始,EoT(end of transmission)結(jié)束,中間間隙是LPS(Low Power State低功耗狀態(tài))。
5.1 MIPI CSI2的長(zhǎng)包格式
MIPI CSI2的長(zhǎng)包主要有包頭、數(shù)據(jù)包和包尾三部分構(gòu)成。而包頭又可細(xì)分為:數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)(data identifier)、數(shù)據(jù)包大?。╳ord count)和錯(cuò)誤校驗(yàn)碼(ECC)構(gòu)成如下圖所示。
其中,數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)大小為1字節(jié),包含虛擬數(shù)據(jù)通道號(hào)[7:6]和數(shù)據(jù)類(lèi)型[5:0]。
數(shù)據(jù)包大小為2字節(jié),其內(nèi)容為傳送數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度,以“字”為單位。
錯(cuò)誤校驗(yàn)碼大小為1字節(jié),負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)包的傳輸錯(cuò)誤進(jìn)行檢查及糾錯(cuò)。
數(shù)據(jù)包可以傳送數(shù)據(jù)的大小為0~65535字節(jié)。
包尾大小為2字節(jié),是數(shù)據(jù)負(fù)荷的檢查和。
5.2 MIPI CSI2的短包格式
與長(zhǎng)包相比,短包沒(méi)有數(shù)據(jù)包和包尾。數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)DI中的數(shù)據(jù)類(lèi)型在0x00到0x0F之間。WC字段是短包的數(shù)據(jù)域,這個(gè)數(shù)據(jù)可由用戶定義。ECC采用的是Hamming Code的方式,能對(duì)1bit錯(cuò)誤進(jìn)行糾錯(cuò),2bit錯(cuò)誤進(jìn)行檢查,如下圖所示。
短包只是將長(zhǎng)包中的WC的位置作為包的數(shù)據(jù)域,也就是說(shuō),短包每次最多只能發(fā)兩個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。和長(zhǎng)包一致,同樣需要先發(fā)LSB,再發(fā)MSB。應(yīng)當(dāng)注意的是,短包一般是用來(lái)發(fā)送同步控制信號(hào)的,一般不建議使用短包來(lái)發(fā)送用戶數(shù)據(jù)。
同步信號(hào)的類(lèi)型如下:
而當(dāng)Data Type為0x08到0x0F時(shí),則為Generic Short Packet Code,即可發(fā)送用戶自定義數(shù)據(jù)。
比如下面的例子,短包發(fā)幀同步信號(hào),長(zhǎng)包發(fā)數(shù)據(jù)。
6 基于FPGA的MIPI接口實(shí)現(xiàn)
6.1 接口描述
源碼請(qǐng)看【資料獲取 】
csi_4lane_raw10 #(
.series ("7SERIES ")
) inst (
.ref_clock_in (ref_clock_in ),
.reset (reset ),
.mipi_phy_if_clk_hs_n (mipi_phy_if_clk_hs_n ),
.mipi_phy_if_clk_hs_p (mipi_phy_if_clk_hs_p ),
.mipi_phy_if_clk_lp_n (mipi_phy_if_clk_lp_n ),
.mipi_phy_if_clk_lp_p (mipi_phy_if_clk_lp_p ),
.mipi_phy_if_data_hs_n (mipi_phy_if_data_hs_n ),
.mipi_phy_if_data_hs_p (mipi_phy_if_data_hs_p ),
.mipi_phy_if_data_lp_n (mipi_phy_if_data_lp_n ),
.mipi_phy_if_data_lp_p (mipi_phy_if_data_lp_p ),
.m_axis_video_aclk (m_axis_video_aclk ),
.m_axis_video_aresetn (m_axis_video_aresetn ),
.m_axis_video_tready (m_axis_video_tready ),
.m_axis_video_tuser (m_axis_video_tuser ),
.m_axis_video_tlast (m_axis_video_tlast ),
.m_axis_video_tvalid (m_axis_video_tvalid ),
.m_axis_video_tdata (m_axis_video_tdata )
);
端口描述如下:(輸入為MIPI接口數(shù)據(jù)流,輸出為axi stream數(shù)據(jù)流)
端口
I/O
描述
ref_clock_in
I
200M輸入?yún)⒖紩r(shí)鐘
reset
I
復(fù)位,高有效
mipi_phy_if_clk_hs_n mipi_phy_if_clk_hs_p
I
HS鏈路差分時(shí)鐘
mipi_phy_if_clk_lp_n mipi_phy_if_clk_lp_p
I
LP鏈路差分時(shí)鐘
mipi_phy_if_data_hs_n mipi_phy_if_data_hs_p
I
HS鏈路差分?jǐn)?shù)據(jù)
mipi_phy_if_data_lp_n mipi_phy_if_data_lp_p
I
LP鏈路差分?jǐn)?shù)據(jù)
m_axis_video_aclk
I
視頻輸入時(shí)鐘
m_axis_video_aresetn
I
視頻輸入復(fù)位,低有效
m_axis_video_tready
I
視頻輸入準(zhǔn)備信號(hào)
m_axis_video_tuser
O
視頻輸出的幀開(kāi)始
m_axis_video_tlast
O
視頻輸出行結(jié)尾
m_axis_video_tvalid
O
視頻輸出數(shù)據(jù)有效
m_axis_video_tdata
O
視頻輸出數(shù)據(jù)
6.2 模塊分析
程序接口如下圖,主要由三個(gè)模塊組成:
解串模塊(csi_rx_4_lane_link)
協(xié)議解析模塊(csi_rx_packet_handler)
RAW10bit(csi_rx_10bit_unpack)生成模塊
IPIP層次IP頂層模塊IP輸出接口時(shí)序
6.2.1 解串模塊
解串模塊主要完成字節(jié)對(duì)齊和字對(duì)齊,程序結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示。
dphy_clk :輸入查分時(shí)鐘
reset : 輸入復(fù)位
ddr_bit_clock : 輸出單端時(shí)鐘
ddr_bit_clock_b : 輸出反向單端時(shí)鐘
byte_clock : 輸出字節(jié)時(shí)鐘頻率為輸入頻率的1 /4
csi_rx_clock_det:檢測(cè)外部時(shí)鐘是否穩(wěn)定:等待參考時(shí)鐘穩(wěn)定200個(gè)時(shí)鐘周期,并且byte_clock時(shí)鐘穩(wěn)定3個(gè)時(shí)鐘釋放復(fù)位。
csi_rx_idelayctrl_gen:idelayctrl配合idelay使用
csi_rx_hs_lane_phy:抖動(dòng)補(bǔ)償和串化
通過(guò)控制延時(shí),使得CLK和經(jīng)過(guò)IBUFDS的BitClk對(duì)齊,從而消除IBUFIO和BUFR還有net的延時(shí)。這樣所有的輸入信號(hào)都只經(jīng)過(guò)了一個(gè)IBUFDS,延時(shí)相等。對(duì)Idelay的控制,可以手動(dòng)調(diào)節(jié),也可以用自動(dòng)算法。
csi_rx_byte_align:對(duì)齊某一字節(jié),相當(dāng)于找同步字
csi_rx_word_align:將不同通道之間的字節(jié)對(duì)齊到某一個(gè)字
6.2.2 協(xié)議模塊
csi_rx_packet_handler,解析數(shù)據(jù)協(xié)議,根據(jù)協(xié)議解出vsync_out,Line_valid,里面包括長(zhǎng)短包判斷,ECC校驗(yàn)產(chǎn)生valid等。
6.2.3 RAW 10bit生成模塊
csi_rx_10bit_unpack:解包為RAW 10bit,如果是8bit則不需要此模塊
6.3 實(shí)例應(yīng)用
本次實(shí)例是應(yīng)用于xlinx 的xc7z035ffg676上,開(kāi)發(fā)環(huán)境為vivado 2017.4。
6.3.1 硬件結(jié)構(gòu)框圖
硬件結(jié)構(gòu)框圖如下:主要包括MIPI接口的解碼,外設(shè)IIC配置sensor,GPIO復(fù)位外部Sensor。
6.3.2 IIC配置
Main函數(shù)里面:先進(jìn)性IIC初始化,GPIO初始化,進(jìn)行復(fù)位,然后配置Sensor配置。
6.3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
可以看到成功解串出來(lái)數(shù)據(jù)。
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MIPI
▼點(diǎn)擊名片,關(guān)注公眾號(hào)▼近日發(fā)布的小米MIX4無(wú)論前置相機(jī)還是后置相機(jī)都有重要革新,其擁有一塊6.67英寸全面屏,將前攝完全隱于屏下。后置相機(jī)搭載1億像素專(zhuān)業(yè)主攝,今天來(lái)聊一聊那些隱藏在產(chǎn)品背后的技術(shù)信息:MIPI揭秘,...
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MIPI
相機(jī)
接口
最近在學(xué)習(xí)MIPI接口的LCD驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)與調(diào)試,這里我主要用的是MIPI-DSI接口,它學(xué)習(xí)起來(lái)真的是太復(fù)雜了,特別是對(duì)于我這種很久都沒(méi)寫(xiě)驅(qū)動(dòng)來(lái)說(shuō)更是頭疼,但是頭疼歸頭疼,工作咱們還是要完成的,那就只能硬著頭皮往下肝吧!首...
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MIPI
驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)
調(diào)試
點(diǎn)擊上方「嵌入式云IOT技術(shù)圈」,選擇「置頂公眾號(hào)」第一時(shí)間查看嵌入式筆記!上一篇文章,我們簡(jiǎn)單的列舉了MIPI-DSI驅(qū)動(dòng)的一些常用參數(shù)的基本解讀,但是那僅僅是走馬觀花走了一遍,真正深入往里鉆的話還是很難的,文章如下:...
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MIPI
調(diào)試
點(diǎn)擊上方「嵌入式云IOT技術(shù)圈」,選擇「置頂公眾號(hào)」第一時(shí)間查看嵌入式筆記!前面我們介紹了一些MIPILCD的基礎(chǔ)知識(shí)以及LCD初始化序列的配置:LinuxMIPIDSILCD設(shè)備驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)調(diào)試細(xì)節(jié)學(xué)習(xí)筆記(一)Linux...
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調(diào)試
時(shí)序
最近在學(xué)習(xí)MIPI接口的LCD驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)與調(diào)試,這里我主要用的是MIPI-DSI接口,它學(xué)習(xí)起來(lái)真的是太復(fù)雜了,特別是對(duì)于我這種很久都沒(méi)寫(xiě)驅(qū)動(dòng)來(lái)說(shuō)更是頭疼,但是頭疼歸頭疼,工作咱們還是要完成的,那就只能硬著頭皮往下肝吧!首...
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驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)
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點(diǎn)擊上方「嵌入式云IOT技術(shù)圈」,選擇「置頂公眾號(hào)」第一時(shí)間查看嵌入式筆記!前面我們介紹了一些MIPILCD的基礎(chǔ)知識(shí)以及LCD初始化序列的配置:LinuxMIPIDSILCD設(shè)備驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)調(diào)試細(xì)節(jié)學(xué)習(xí)筆記(一)Linux...
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MIPI
調(diào)試
時(shí)序
Diodes 公司今日宣布推出的 PI3WVR628 3 通道 2:1 切換器,尺寸僅 1.7mm x 2.4mm x 0.5mm。
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Diodes
MIPI
切換器
21ic訊, 是德科技公司日前發(fā)布首款用于 M8000 系列 BER 測(cè)試解決方案中的M8070A 系統(tǒng)軟件的軟件插件——Keysight M8085A MIPI C-PHY 接收機(jī)測(cè)試解決方案...
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是德科技
接收機(jī)
MIPI
測(cè)試軟件
羅德與施瓦茨公司推出基于RTO系列示波器的新選件實(shí)現(xiàn)對(duì)DSI和CSI-2接口串行協(xié)議的觸發(fā)并支持將采集波形解碼為容易讀取的協(xié)議內(nèi)容。
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示波器
調(diào)試
MIPI
接口的設(shè)計(jì)