隨著計算機網(wǎng)絡化和微機分級分布式應用系統(tǒng)的發(fā)展，通信的功能越來越重要。通信是指計算機與外界的信息傳輸，既包括計算機與計算機之間的傳輸，也包括計算機與外部設備，如終端、打印機和磁盤等設備之間的傳輸。在通信領域內，數(shù)據(jù)通信中按每次傳送的數(shù)據(jù)位數(shù)，通信方式可分為：并行通信和串行通信。

　　串行通信是指使用一條數(shù)據(jù)線，將數(shù)據(jù)一位一位地依次傳輸，每一位數(shù)據(jù)占據(jù)一個固定的時間長度。其只需要少數(shù)幾條線就可以在系統(tǒng)間交換信息，特別適用于計算機與計算機、計算機與外設之間的遠距離通信。串口通信時，發(fā)送和接收到的每一個字符實際上都是一次一位的傳送的，每一位為1或者為0。

　　MIPI D‘Phy是一種物理上的串行通信層，用于連接應用處理器與顯示器或照相機，作為物理層，它具有諸多方面的優(yōu)勢。

　　MIPI（移動行業(yè)處理器接口）聯(lián)盟是一個非贏利組織，致力于建立移動設備中的軟硬件接口標準。它的愿景是為移動和受移動影響的產(chǎn)品開發(fā)全球最全面的接口規(guī)范集，從而最大程度地提高設計復用率、驅動創(chuàng)新、縮短產(chǎn)品上市時間，并有助于提高各家公司推出的產(chǎn)品間的互操作性。

　　手機中照相機和顯示器與應用處理器的連接框圖

　　MIPI D’Phy是一種物理性串行數(shù)據(jù)通信層，上面運行著像CSI（照相機串行接口）和DSI（顯示器串行接口）這樣的協(xié)議。它在物理上連接著相機傳感器和應用處理器（針對CSI）以及應用處理器和顯示器（針對DSI），如上圖所示。

　　D‘Phy是一種高速、低功耗的源同步物理層，由于采用了高功效設計，因此非常適合功耗大的電池供電設備使用。它里面同時包含了有助于實現(xiàn)高功效的高速模塊和低功耗模塊。載荷數(shù)據(jù)（圖像數(shù)據(jù)）使用高速模塊，控制和狀態(tài)信息的發(fā)送（在照相機/顯示器和應用處理器之間）使用的是低功耗模塊（利用低頻信號）。它具有在單個數(shù)據(jù)包脈沖中發(fā)送高速和低功耗數(shù)據(jù)的特殊能力。低功耗模塊有助于節(jié)省功耗，高速模塊則有助于實現(xiàn)高清晰度照片質量數(shù)據(jù)信號要求的較高帶寬。

　　為了滿足高清質量圖像的高帶寬要求，MIPI D‘Phy包含有一個時鐘通道和數(shù)量可設置（最多4個通道）的數(shù)據(jù)通道。通過增加數(shù)據(jù)通道數(shù)量就可以達到增加帶寬的目的。通過增加通道數(shù)量，同樣數(shù)量的數(shù)據(jù)在多個通道上傳輸可以花更短的時間。MIPI D’Phy使用正向源同步時鐘，D‘Phy接收器的所有數(shù)據(jù)通道都用這個時鐘捕獲高速數(shù)據(jù)信號。

　　通用的D’Phy通道

　　為了同時滿足低功耗和高速度要求，通用型D‘Phy IP（如上圖所示）的每個數(shù)據(jù)通道由低功耗發(fā)送器（LP-TX）、高速發(fā)送器（HS-TX）、用于發(fā)送MIPI D’Phy特殊圖案的串化器組成，接收側由低功耗接收器（LPRX）、高速接收器（HS-RX）、解串器和用于接收這些MIPI D‘Phy特殊數(shù)據(jù)信號的低功耗競爭檢測器（LP-CD）組成。

　　時鐘通道由低功耗發(fā)送器（LP-TX）、用于發(fā)送MIPI D’Phy特殊時鐘通道圖案的高速發(fā)送器（HS-TX）組成，接收側由低功耗接收器（LP RX）、高速接收器（HS-RX）和用于接收這些MIPI D‘Phy特殊時鐘信號的低功耗競爭檢測器（LP-CD）組成。

　　接收器的每個數(shù)據(jù)通道（或時鐘通道）通過兩根導線Dp和Dn （或Clkp和Clkn）連接到發(fā)送器。高速和低功耗數(shù)據(jù)傳輸都在這兩根連接著這兩大通信模塊的導線上進行。

　　低功耗模塊是一種未端接的模塊，工作在單端方式，使用1.2V的邏輯電壓。用于提供控制和狀態(tài)信息的低功耗信號的數(shù)據(jù)速率不到10Mbps。

　　高速模塊工作在差分方式。它們使用低電壓擺幅的載荷數(shù)據(jù)信號傳送信息（高速信號——Dp–Dn——的典型差分輸出擺幅是200mV）。這種模塊通常在裸片上有端接，在Dp和Dn之間，其典型值為100Ω。

　　D’Phy的工作原理以及相機輸出到MIPI D‘Phy接收器之間的數(shù)據(jù)流動

　　相機傳感器捕獲的圖像數(shù)據(jù)經(jīng)MIPI發(fā)送器處理后在多個數(shù)據(jù)通道上傳輸。用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)通道數(shù)量是可配置的。

　　發(fā)送器根據(jù)用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)通道數(shù)量對圖像數(shù)據(jù)加以組織。然后發(fā)送器對每個通道上的數(shù)據(jù)進行串行化，并發(fā)給相應的接收通道。

　　舉例來說，如果用了兩個通道，那么載荷數(shù)據(jù)的第一個字節(jié)在數(shù)據(jù)通道0上發(fā)送，第二個字節(jié)在數(shù)據(jù)通道1上發(fā)送。同樣在接收側，來自每個數(shù)據(jù)通道的串行數(shù)據(jù)在D’Phy的每個接收通道中使用的解串器幫助下轉換為字節(jié)格式。然后由CSI控制器將來自每個通道解串后的字節(jié)合并到一起。

　　在每個高速載荷數(shù)據(jù)脈沖出現(xiàn)在每個通道上之前，發(fā)送的D‘Phy都會插入一個同步序列（00011101），如下圖所示。這個同步序列被接收D’Phy的數(shù)據(jù)通道用來建立與高速載荷數(shù)據(jù)的同步。只有當同步信號被接收D‘Phy正確解碼時，載荷數(shù)據(jù)才會轉發(fā)給MIPI CSI 2控制器，完成對數(shù)據(jù)的進一步處理。

　　發(fā)送圖案中的同步序列

　　作為D’Phy初始化的一部分，最初所有通道保持在LP11狀態(tài)（1.2V電平）一段特定的時間。這個LP11狀態(tài)也被稱為停止狀態(tài)。在這之后，為了發(fā)送圖像數(shù)據(jù)，發(fā)送器會向接收器發(fā)送一個特定的序列，使接收器通道從低功耗模式進入高速模式。高速進入序列包含在接收器通道上驅動LP11-》LP01-》LP00 （LP-》HS轉換），如下圖所示。在成功接收這個序列后，高速接收器模塊激活其終端接收高速差分數(shù)據(jù)。

　　現(xiàn)在高速接收器終端變成激活狀態(tài)，接收器開始接收來自發(fā)送器的高速數(shù)據(jù)。然而，在經(jīng)過LP-》HS轉換后，發(fā)送器會在一段特定時間內發(fā)送HS Zeros （V（Dn）》V（Dp）），用于確保在任何載荷數(shù)據(jù)被發(fā)送前接收器被正確地激活。

　　一旦接收器被激活，高速接收器會持續(xù)地接收數(shù)據(jù)，直到在它的通道上遇到LP11狀態(tài)。LP11狀態(tài)會將數(shù)據(jù)通道從高速模式帶回到低功耗模式。

　　數(shù)據(jù)通道上的高速脈沖描述了LP到HS的轉換以及HS Zero

　　通過D‘Phy數(shù)據(jù)通道發(fā)送的載荷數(shù)據(jù)采用的是數(shù)據(jù)包的格式。它可以是長的數(shù)據(jù)包，也可以是短的數(shù)據(jù)包。長數(shù)據(jù)包包含32位的包頭、有效載荷數(shù)據(jù)和16位的數(shù)據(jù)包腳注。短數(shù)據(jù)包只包含32位的包頭。

　　在每次高速脈沖串過后數(shù)據(jù)通道都會進入LP11狀態(tài)。單個高速脈沖代表對應于一幅圖像水平線上的數(shù)據(jù)，而高速脈沖之間的LP11狀態(tài)代表消隱期間。因為低功耗命令要求信號以較低的頻率發(fā)送，因此D’Phy在低功耗和高速模式之間的這種間歇運動有助于降低總的功耗。

　　當沒有數(shù)據(jù)需要傳輸時，所有通道都保持在ULPS狀態(tài)（超低功耗模式）。這是一種特別的低功耗模式，有助于進一步降低功耗。ULPS狀態(tài)是通過特定的低功耗模式進入的。一旦處于ULPS狀態(tài)，所有通道都被驅動到低電平（0V）。時鐘通道和數(shù)據(jù)通道的ULPS進入模式是不同的。

　　來自發(fā)送器的高速載荷數(shù)據(jù)在高速差分時鐘（DDR時鐘）的兩個邊沿傳送，如下圖所示。發(fā)送器傳送的高速差分時鐘和數(shù)據(jù)在相位上差90度，數(shù)據(jù)先發(fā)送。時鐘和數(shù)據(jù)之間的這種時序關系有助于實現(xiàn)接收器數(shù)據(jù)通道對建立和保持時間的要求。

　　時鐘和數(shù)據(jù)之間的時序關系

　　作為物理串行通信層的MIPI D‘Phy具有低功耗工作的特性，因此對今天功耗較大的移動應用以及與移動有關的應用來說吸引力越來越大。