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mipi D-PHY和mipi C-PHY高速视频图像传输接口芯片设计

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MIPI D-PHY和MIPI C-PHY高速视频图像传输接口芯片设计

作者：石珞家兰州大学

学位级别：硕士

mipi（Mobile Industry Processor Interface）标准化接口协议作为视频图像传输领域的主流协议得到大量应用,当前绝大多数的中高端的移动端显示器和摄像头都使用mipi C-PHY或者mipi D-PHY接口。随着移动端设备的视频图像需求的激增,对... 详细信息

mipi（Mobile Industry Processor Interface）标准化接口协议作为视频图像传输领域的主流协议得到大量应用,当前绝大多数的中高端的移动端显示器和摄像头都使用mipi C-PHY或者mipi D-PHY接口。随着移动端设备的视频图像需求的激增,对高速接口提出了更高的要求,而之前的mipi C-PHY和mipi D-PHY接口芯片无法满足更高的带宽需求,因此需要研发更好性能,更高传输速率的mipi C-PHY和mipi D-PHY接口芯片。以mipi C-PHY芯片和mipi D-PHY芯片技术为基础的汽车电子领域的mipi A-PHY芯片技术成为热点,合并化C-PHY和D-PHY协议的芯片越来越流行,这些都带来了同时研发更高性能的mipi C-PHY芯片和mipi D-PHY芯片的需求。本文主要设计完成了视频图像传输的高速接口mipi D-PHY发送芯片和mipi C-PHY接收芯片的数字电路部分,此前绝大多数mipi D-PHY和mipi C-PHY芯片设计论文研究和介绍芯片的数字部分不够系统化,本文的研究对此空缺做出了深入的探索和补充。mipi D-PHY发送芯片采用mipi D-PHY v2.5协议版本,最大支持4个数据通道和一个时钟通道进行并行传输,使用使能切换状态转化的方式,根据状态提供相对应的信号给模拟部分,芯片总体使用状态机联动控制,支持的工作状态主要有上电保护、去偏斜模式、高速发送、低速发送、翻转后低速接收。mipi C-PHY接收芯片是遵守mipi C-PHY v2.0的协议版本,支持4个数据通道,采用流水设计的方式对高低速的接收信号进行处理,充分利用了内嵌时钟的优势进行采样,芯片使用使能命令切换来实现状态转化,支持高速接收和低功耗接收功能。芯片设计方案层面的创新点包括:mipi D-PHY发送芯片总体采用状态机联动控制的方式;使用了寄存器配置各状态阶段持续时间的方式增加兼容性;使用低速时钟配置高速阶段的状态持续时间的方式节省功耗。mipi C-PHY接收芯片使用了流水设计的方式;采用外接时钟驱动使能切换状态机,从而控制状态切换;直接使用随路时钟作为数据采集时钟;同样使用了寄存器配置阶段持续时间的方式;支持自动进行两拍之内的同步码和数据偏移矫正。本文详细叙述了芯片的数字前端设计流程。设计使用Verilog HDL语言,mipi C-PHY芯片和mipi D-PHY芯片都是数模混合芯片,当进行数字仿真时,将芯片模拟部分转化为数字仿真模型进行连接。mipi D-PHY发送端芯片的验证方案采用和D-PHY接收端芯片相连比对的方式,方便快捷,验证过程中产生了符合协议的接口信号仿真图。mipi C-PHY接收端芯片采用UVM验证平台进行验证,使用双重对比的方式增加可靠性,列出了详细的功能点,最终得到98.07%的代码覆盖率。芯片进行DC综合时采用了以往相关论文没有使用过的TSMC的6 nm标准工艺库,取得了更好的性能、面积、功耗指标。mipi D-PHY发送端芯片单通道最大达到5.0 Gbps的最大带宽,mipi D-PHY发送端芯片的数字部分排除布线的综合面积为733.17μm,功耗为193.27μW。mipi C-PHY接收端芯片最快达到4.0 Gsps的传输速率,mipi C-PHY接收端芯片的数字部分排除布线的综合面积为532.47μm,功耗为408.70μW。

关键词： mipi D-PHY C-PHY 高速接口数模混合芯片设计

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mipi高速数据接口的研究与实现

MIPI高速数据接口的研究与实现

作者：沈磊湖南大学

学位级别：硕士

随着移动智能设备的高速发展，大屏幕与高像素显示对显示接口的传输速度提出了新的挑战，传统接口已无法承担高速数据流的传输任务。本文介绍了一种数据交换速度高达500Mbps的技术mipi(mobile industry processor interface移动产业处... 详细信息

随着移动智能设备的高速发展，大屏幕与高像素显示对显示接口的传输速度提出了新的挑战，传统接口已无法承担高速数据流的传输任务。本文介绍了一种数据交换速度高达500Mbps的技术mipi(mobile industry processor interface移动产业处理器接口)，为高速多媒体数据流的传输提供了方法。本文首先介绍了mipi的通信协议，然后详细分析了mipi-DSI的电路架构及相关设计参数，并由此提出了所设计的电路。本文主要完成了处理器与显示设备之间的mipi通信协议数据接口的设计，自主设计了高速和低速数据、时钟电路，冲突检测电路及相应的电源电路。实现了在冲突和错误发生时及时向主机处理器反馈的功能，提高了双向数据传输链路的可靠性。电压产生模块采用受温度和电源电压波动影响较小的LDO结构，电流模块采用类似于威尔逊电流源的自举结构，实现电流的精确调节，降低了电源的噪声，减小了电压波动对电路的影响。本文对所设计电路进行前仿和后仿验证，最后完成了电路的版图设计。本设计采用TSMC0.18um CMOS工艺，芯片的最终面积为1204um×1780um。芯片的流片测试结果表明，能实现单通道高速500Mbps和低速10Mbps的数据传输，达到了设计参数。

关键词： mipi 高速数据接口线性稳压源冲突检测

基于FPGA的mipi接口嵌入式平台相机的研发与实现

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基于FPGA的MIPI接口嵌入式平台相机的研发与实现

作者：章挺浙江大学

学位级别：硕士

目前,嵌入式相机逐渐代替了传统相机进入大众的视野,应用在公安刑侦、生物医学和文物保护等诸多领域。但是随着人们对图像视觉成像质量追求的提升,图像传感器的特性朝着高分辨率、高灵敏度、高像素位宽的趋势发展,普通的嵌入式相机已经... 详细信息

目前,嵌入式相机逐渐代替了传统相机进入大众的视野,应用在公安刑侦、生物医学和文物保护等诸多领域。但是随着人们对图像视觉成像质量追求的提升,图像传感器的特性朝着高分辨率、高灵敏度、高像素位宽的趋势发展,普通的嵌入式相机已经不能满足大数据量、低延迟性的处理要求。为此,本论文研究设计了一种基于FPGA的mipi接口嵌入式平台相机,从图像采集、图像处理和图像传输等方面进行深入研究最终研制出整机。系统前端图像采集方面,支持Gpixel公司的多款图像传感器如GSENSE400BSI、GSENSE2020S、GMAX0806等,通过可预配置的模式驱动图像传感器输出LVDS类型的数据信号。经过仔细研究提出的功能板分离式硬件设计,在仅使用同一块图像处理电路板的条件下可兼容不同的图像采集电路板,保证了系统的完整性,有效提高了系统的研发效率。系统中间图像处理部分,采用了 Spartan6系列的FPGA芯片,研发设计了适配于Spartan6的数据实时解析模块、数据实时拼接模块,为了实现更好的图像效果,在Spartan6内部还分别集成了三种图像锐化算法:Sobel锐化、Laplace锐化和非锐化掩模算法。此外,系统启动模式除了基本的视频模式和图片捕获模式,还支持序列触发模式满足特殊环境的触发需求。同时,系统还可通过Spartan6实时地配置图像传感器的参数和工作模式,为自动曝光、图像模式切换等功能提供基本保障。系统后端图像传输部分,对于高速数据在不同芯片间的传输创新性地采用了手机内部集成的高速mipi接口,设计了基于Crossink芯片的接口桥接转换模块进行数据类型的转换,并研究提出了在同一个mipi接口上同时支持不同数据类型传输的方法,为后端图像的传输提供一个高速、稳定的数据流,避免系统发生丢帧、掉包的情况。最后,数据信号在RK3399开发平台进行接收和显示控制。最终系统的综合测试结果表明,本系统很好地体现兼容性优势,基于自主设计的软件模块可在系统后端显示高质量图像,并且能够提供分辨率为1080P@35fps的稳定视频流,为高清视频应用领域提供了一个良好的解决方案。

关键词： FPGA 非锐化掩模序列触发 mipi 接口桥接

基于Android的mipi设备驱动设计与实现

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基于Android的MIPI设备驱动设计与实现

作者：钟远琅广西师范大学

学位级别：硕士

随着科技的进步和人们生活水平不断提高,人们越来越离不开移动应用设备,手机和平板作为Android系统的重要载体已经走进了千家万户，Android作为目前市场份额最大的嵌入式操作系统,跟Symbian、iOS、Windows Mobile、黑莓最大的不同,它具... 详细信息

随着科技的进步和人们生活水平不断提高,人们越来越离不开移动应用设备,手机和平板作为Android系统的重要载体已经走进了千家万户，Android作为目前市场份额最大的嵌入式操作系统,跟Symbian、iOS、Windows Mobile、黑莓最大的不同,它具有开放、免费、简单等特点。本文选择Android作为课题研究系统平台。mipi (Mobile Industry Processor Interface,简称mipi)既是一个联盟也是一种接口技术,是目前作为移动应用处理器的最新接口技术。mipi并不是一个单一的接口和协议,而是一套接口标准,目前已经得到应用实践的是DSI(Display Serial Interface)和CSI2(Camera Serial Interface2),并且收到了非常好的效果,其他协议仍在制定和完善中,同时DSI和CSI2也在向更高的版本发展。本文从实际应用出发,对Android的系统架构进行了研究;同时分别对mipi-DSI和mipi-CSI2进行深入研究,并利用Ubuntu系统进行mipi设备驱动程序设计、编译和调试;然后通过mipi-DSI来控制智能手机的LCD模块和mipi-CSI2来控制智能手机的Camera模块;最后利用MTK智能手机平台对设计结果进行验证。LCD模块与Camera模块的实验证明,mipi接口技术,在体积、功耗、成本降低的同时,抗干扰能力,速度,稳定性等,仍达到了优异的性能,是今后移动接口技术的发展方向。本文具体完成了如下研究工作：首先,对mipi的背景和意义、Android的发展现状、mipi的发展现状和研究内容进行了阐述,对论文结构进行了梳理。其次,研究Android平台的基本架构和Android的内核特性,并对他们进行了分层次的分析研究。第三,深入研究mipi中的DSI和CSI2的协议规范,详细分析研究了DSI/CSI2各层的互相关系和作用。第四,介绍课题所用到的硬件测试平台和Android开发环境的搭建。第五,在Ubuntu10.04系统下编写和调试mipi-DSI设备驱动,实现对LCD模块的控制,并且利用MTK智能手机平台进行了验证,以两个数据通道总共6根线点亮了480×854分辨率的液晶屏,时钟频率为234MHz,屏幕刷新率大于60fps,达到了mipi优异的性能效果。第六,在Ubuntu10.04系统下编写和调试mipi-CSI2设备驱动,实现对Camera模块的控制,并且利用MTK智能手机平台进行了验证,以两个数据通道总共6根线点亮了5M像素的摄像头,时钟频率为336MHz,录制1280×720分辨率的视频达到30fps,达到了mipi优异的性能效果。最后,对全文的工作进行总结和后续工作的展望。

关键词： Android mipi 驱动 DSI CSI2

基于mipi协议的显示接口接收端的研究与设计

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基于MIPI协议的显示接口接收端的研究与设计

作者：赵宝财辽宁大学

学位级别：硕士

随着各种语音和视频即时消息传递方法的兴起,大屏幕,高像素和便携性已成为移动手持终端发展的主流趋势。尤其是可穿戴设备的出现,对数据传输速度,功耗和接口集成提出了更高的要求。为了降低不同模块之间通信的复杂性并使其易于集成和标... 详细信息

随着各种语音和视频即时消息传递方法的兴起,大屏幕,高像素和便携性已成为移动手持终端发展的主流趋势。尤其是可穿戴设备的出现,对数据传输速度,功耗和接口集成提出了更高的要求。为了降低不同模块之间通信的复杂性并使其易于集成和标准化,制造商开发了各种标准协议。其中,移动工业处理器接口(mipi)标准由于其完整的技术和强大的适用性而被广泛用于移动手持终端显示应用中,因此具有极高的研究价值。本文以mipi D-PHY和mipi DSI为出发点,设计了一款基于mipi协议的显示接口接收端电路。本文的主要工作是:在简要介绍了mipi D-PHY和mipi DSI之后,分析了显示接口接收电路中高速接收器模块和低功耗接收器模块的设计指标和设计要点,完成了物理层关键电路(包括高速接收模块和低功耗接收模块)的电路设计,版图设计和仿真验证。在高速接收模块的设计中,通过电流注入来校准高速比较器,从而减少了高速数据传输过程中的数据串扰,提高了数据传输速率。在低功耗接收模块的设计中,采用了具有迟滞功能的电路结构,提高了电路的抗干扰能力,在抑制和过滤噪声,毛刺,高频干扰等方面起着至关重要的作用。在单通道设计中,考虑到整个电路的大部分功耗主要来自高速接收模块,为了有效减少不必要的功耗浪费,每个模块都配备了使能端口来支持通道管理层根据数据传输量来优化配置通道数以及支持高速接收模式、低功耗接收模式和超低功率模式之间的按需切换。同时,为了降低电路的复杂性,五个通道采用了相同的电路设计。仿真结果表明,本文设计的mipi接口接收器电路的单通道在超低功耗模式下功耗为22.86μW,在低功耗接收模式下,其数据传输速率可以达到20 Mbps,功耗为236.5μW,在高速接收模式下,其数据传输速率可以达到1.5 Gbps,功耗为11.5 m W,并且当四个通道同时工作时,数据传输速率可以达到6 Gbps。基于中芯国际的180nm工艺完成版图设计后,包括I/O在内的模拟部分的总体布局面积为1788*615μm。

关键词：显示接口 mipi 高速接收模块低功耗接收模块

基于mipi CSI-2协议的摄像头芯片数据发送端接口设计

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基于MIPI CSI-2协议的摄像头芯片数据发送端接口设计

作者：郗望电子科技大学

学位级别：硕士

随着手机摄像头和数码相机性能的提升,增加摄像头设备到平台处理器之间的传输带宽变越来越有必要,传统的DVP接口已经不能适应现在的科技发展。在这样的大形势下mipi联盟应运而生,它制定了一个通用的标准来规范高性能移动终端的接口,而... 详细信息

随着手机摄像头和数码相机性能的提升,增加摄像头设备到平台处理器之间的传输带宽变越来越有必要,传统的DVP接口已经不能适应现在的科技发展。在这样的大形势下mipi联盟应运而生,它制定了一个通用的标准来规范高性能移动终端的接口,而它的子协议mipi CSI-2则完美的解决了摄像头设备与平台处理器之间高速通信的难题,提供了一种标准化、强大、可靠、低功耗的传输方式。mipi CSI-2接口采用差分信号线,确保了高速数据在传输时不易受到外界的干扰,而其采用的ECC编码和CRC编码则从一定程度上减少了个别错误数据对于整体数据的影响,又由于自身处于mipi大家族协议之中,它自身也很容易兼容应用mipi家族协议的其他设备。本文详细的介绍了mipi CSI-2协议数字部分RTL的实现,模拟部分的实现,以及后续的测试分析。在设计中RTL的设计、纠错以及模块的时序分析在Linux平台上进行。而模拟部分的实现以及整体的动态测试在FPGA平台上进行。通过这样的分工可以更全面的发挥两个平台的长处,更具体的来说,在Linux阶段的设计时充分的利用了modelsim与verdi配合的优势,从而更好的设计代码、分析代码和测试代码。而在综合时又利用Design Compile与Prime time充分的对设计做了资源分析和时序分析,保证了设计的质量。而在FPGA阶段设计时,充分的利用了FPGA灵活而且可以动态测试的优势来验证模块的正确性,此外在FPGA上还可以使用商用接收端来接收最后产生的mipi数据,这样的验证方法更权威也更有说服力。在设计方法上,在数字部分的RTL设计中充分的应用了模块化的思想,不仅实现了协议的要求,而且灵活的适应了mipi CSI-2协议在实际应用时的一些变通的需求。而在模拟部分的物理层设计中则大胆的做了尝试和创新,成功的在没有先例参照的情况下自主设计了FPGA下的物理层部分,并且最后成功的被商用接收端验证。总的来说在整个设计过程中遇到了阻碍和很多难题,但是经过不懈的努力最终克服了技术上的种种困难,最终也获得了阶段性的成果和自身的技术提高。

关键词：移动设备 mipi mipi-CSI-2

TFT-LCD驱动芯片mipi高速接口电路的设计与研究

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TFT-LCD驱动芯片MIPI高速接口电路的设计与研究

作者：吴金星西安电子科技大学

学位级别：硕士

随着智能电子设备的飞速发展,较高的分辨率与优质的显示效果对接口的传输速度提出了挑战,而传统的接口,如RGB接口,传输速度无法满足高速的需要,除此之外还会产生电磁兼容等方面的问题。我们的目标是使接口电路具有更快的速度,更低的功耗... 详细信息

随着智能电子设备的飞速发展,较高的分辨率与优质的显示效果对接口的传输速度提出了挑战,而传统的接口,如RGB接口,传输速度无法满足高速的需要,除此之外还会产生电磁兼容等方面的问题。我们的目标是使接口电路具有更快的速度,更低的功耗,以及很强的抗干扰能力。为了达到这样的目的,业界的厂商采用了不同标准的显示接口。其中最重要的接口之一是:mipi(Mobile Industry Processor Interface),即移动行业处理器接口。本文主要研究并设计了TFT-LCD驱动芯片中的mipi高速接口电路。本文设计的mipi电路应用于分辨率为1280×720的TFT-LCD显示屏,高速模式下每一个通道的速度可以达到500Mbps,四个通道的速度可达2Gbps。高速模式与低功耗模式可以自由切换,以达到mipi高速、低功耗的目的。我们在mipi的设计中还添加了时序调整模块和通道配置模块以更加适合自身的项目需求。本文将介绍mipi电路的整体架构和设计参数,首先介绍mipi电路的上层架构,以便可以从全局上了解mipi电路。然后介绍mipi内层电路结构,包括mipi的内部逻辑结构(即mipi在主级CPU和从级LCD驱动芯片中作为接口的内部逻辑)、mipi的整体布局、作为mipi核心的通道模块。最后我们介绍mipi的设计参数。本文还介绍了mipi各部分电路的详细设计与分析,包括:高速接收电路、低功耗接收电路、低功耗冲突检测电路以及低功耗发射电路的分析设计。我们还详细分析了高速模式的时序调整、高速与低功耗的通道配置、高速与低功耗模式的转换等。最后设计分析了带隙基准电路以及LDO电路。本课题来源于TFT-LCD驱动芯片项目,基于mipi协议的要求以及驱动芯片项目的要求完成了mipi的模拟电路部分。对于mipi电路的每一个模块我们都进行了仿真验证,最后我们完成了芯片的版图的设计、封装类型的介绍、以及芯片的测试验证。本文采用PowerChip 0.11μm的工艺,芯片的长为27525μm,宽为824μm。芯片最终测试结果表明,mipi电路能实现单通道500Mbps和低速10Mbps的数据传输,HS模式与LP模式可以任意转换,达到了设计要求。

关键词： TFT-LCD mipi 高速接口

基于mipi协议的高速数据接口的设计与研究

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基于MIPI协议的高速数据接口的设计与研究

作者：钱克升西安电子科技大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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。

关键词： mipi CSI-2 DSI 视频传输

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基于mipi接口液晶面板现场测试系统研究

基于MIPI接口液晶面板现场测试系统研究

作者：郝光明上海交通大学

学位级别：硕士

近年来,液晶面板以其轻巧,便于携带,高清,大屏,色彩绚丽显示,微功耗等优点在人们的生活中应用越来越广,已占据显示市场的主流。随着人们对液晶面板显示要求的不断提高,市场对液晶面板与处理器接口之间的数据传输能力提出更高的技术要求... 详细信息

近年来,液晶面板以其轻巧,便于携带,高清,大屏,色彩绚丽显示,微功耗等优点在人们的生活中应用越来越广,已占据显示市场的主流。随着人们对液晶面板显示要求的不断提高,市场对液晶面板与处理器接口之间的数据传输能力提出更高的技术要求,早期的TTL,到LVDS信号已无法满足市场发展需求,基于mipi规范的显示接口被设计出来,检测设备需要更新,并且价格昂贵,检测难度增大,各生产企业都迫切需要开发出一套专用mipi接口的液晶面板测试系统,可以满足不同型号的mipi接口的液晶面板,可以共用测试系统,本论文在此背景下进行选题的。液晶面板检测设备需要依据市场需求不断更新,造成测试成本大大增加,所以本论文在此现状下,提出了一个基于微控制器C8051F380的液晶面板测试系统,用于测试mipi接口的不同型号液晶面板,实现同一测试系统可测试不同型号液晶面板,同时可实现液晶面板自动调光功能,改善测试系统不能共用,测试成本增加的问题,为后续自动测试系统的设计做好准备。本论文测试系统设计主要分为两大部分,硬件设计与软件设计。测试系统硬件电路设计主要包括电源电路设计,复位电路设计,时钟电路设计,JTAG接口电路设计,液晶面板调光电路设计,背光板电压可调电路设计,不同mipi接口液晶面板参数调用设计等。测试系统的软件设计有液晶面板自动调光软件设计,mipi机种参数调用软件设计。测试系统在线调试与验证结果通过,不同液晶面板使用测试系统可以正常测试使用,采购费用降低50%,达到了设计的目的。

关键词： mipi 液晶面板背光板亮度 C8051F380