基于MIPI协议的高速数据接口的设计与研究

作     者：钱克升 

作者单位：西安电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：宁静;罗畅安

授予年度：2023年

学科分类：12[管理学] 1201[管理学-管理科学与工程(可授管理学、工学学位)] 08[工学] 081201[工学-计算机系统结构] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

主      题：MIPI CSI-2 DSI 视频传输 

摘      要：随着移动智能设备和5G网络的普及,人们对于视频分辨率、传输稳定性以及设备功耗的要求越来越高,这给图像采集和显示技术提出了更大的挑战。在视频传输的应用领域中,如监控、汽车和医疗等,传统的图像视频接口对高速数据传输和降低功耗方面有着各自的不足,无法满足如今的视频传输需求。本课题基于MIPI联盟制定的接口标准,设计了用于视频采集的CSI-2接口和用于显示的DSI接口,与传统接口相比,提高了数据传输速率,降低了传输功耗。 本课题通过对MIPI协议的研究分析,在视频传输芯片中提出了MIPI接口的解决方案,确定了接口的整体架构,并完成了详细的电路设计。接口支持1920×1080@60Hz的视频传输,支持多种像素格式和像素位深。 本文设计的MIPI DSI发送接口由应用层模块、协议层模块、通道分发模块和物理层发送模块组成。应用层模块根据上层请求生成控制命令或者完成像素到字节数据的转换。协议层模块对传输中的数据进行编码并添加ECC校验码和CRC校验码,增加数据传输中的稳定性,同时针对不同的视频模式,发送对应含有时序信息的同步数据包。通道分发模块根据配置的通道数完成数据的分发。物理层发送模块根据传输请求以高速模式发送视频数据或以低功率模式发送控制命令。另外,还设计了MIPI CSI-2接口,其包含物理层接收模块、通道融合模块、低级协议层模块、字节像素转换层模块以及CCI模块。物理层接收模块可以接收主机发送的高速模式数据和低功率模式数据,并实现反向通信功能。通道融合模块将不同通道传入的数据合并成一条数据流。低级协议层是对数据包的解码,并通过校验信息判断数据的正确与否。像素转换层模块是将数据流恢复成原始像素格式。CCI模块是对摄像模组内部寄存器进行读写,以此来控制传输中的参数。 为验证MIPI接口电路的设计是否符合预期。首先,针对不同功能点编写测试用例,通过仿真工具对电路进行功能仿真。其次,利用设计的接口在FPGA上搭建视频传输系统,完成视频采集。最后,采用TSMC 90nm工艺对DSI和CSI-2接口电路进行逻辑综合和形式验证,得到DSI接口的面积为165742.8μm2,功耗为6.568m W,单通道传输速率理论值可以达到806.4MHz;得到CSI-2接口的面积为126535.7μm2,功耗为5.697m W,单通道传输速率理论值可以达到851.2MHz。基于上述结果,判断设计的接口电路符合预期。