MIPI(Mobile Industry Processor Interface)

MIPI是指Mobile Industry Processor Interface，移动产业处理器接口，MIPI包含了多种接口，比如DSI显示屏接口、CSI摄像头接口、I3C、RFFE射频前端控制接口和SPMI系统电源管理接口。

车载液晶屏的接口主要使用RGB和LVDS，MIPI接口主要用在手机端。

MIPI-DSI是一种应用于显示技术的串行接口，兼容MIPI中的DPI(显示像素接口，Display Pixel Interface)、DBI(显示总线接口，Display Bus Interface)和DCS(显示命令集，Display Command Set)。

1.物理层

MIPI-DSI的物理层协议包括了A-PHY、C-PHY、D-PHY和M-PHY四种。适合汽车中使用的主要是D-PHY和A-PHY。

1.1 D-PHY

MIPI-DSI中D-PHY 接口用的最多，D-PHY 接口中的数据线分为1/2/3/4lane(通道)，每个通道使用2条差分线，最多4*2=8根线，外加一对时钟线，所以D-PHY接口最多是10根线。其中的时钟线也是差分线，为电流驱动型，用来进行同步，不同版本的 D-PHY 速度不同。

D-PHY是一个源同步、高速、低功耗、低开销的 PHY，特别适合移动领域，它提供了一个同步通信接口来连接主机和外设，时钟线是单向的，由主控设备产生，发送给外部设备。

DSI以串行的方式发送像素信息或指令给外设，可以从外设中读取状态信息或像素信息，在传输的过程中有自己独立的通信协议，包括数据包格式和纠错检错机制。

DSI 发送器与接收器接口

如上图所示，MIPI-DSI具备高速模式HS和低速（低功耗）模式LP两种工作模式，全部数据通道都可以用于单向的高速传输，但只有第一个数据通道Data0可用于低速双向传输，显示屏的状态、像素信息等通过Data0数据通道返回给主控设备。

时钟通道专用于在高速传输数据的过程中传输同步时钟信号。此外，一个主机端可允许同时与多个从属端进行通信。

如果屏幕的分辨率和帧率越高，需要的带宽就越大，就需要更多的数据线来传输图像数据，常用的就是2通道和4通道。小尺寸低分辨率的屏幕，可以使用2通道来驱动，大尺寸高分辨率的屏幕可以使用4通道来驱动。

1.2 HS和LP

MIPI-DSI分为High-Speed 模式和 Low-Power 模式，也就是常说的HS和LP。HS模式用来传输高速数据，比如屏幕像素数据。LP模式用来传输低速的异步信号，一般是配置指令，屏幕的配置参数就是用LP模式传输的。HS模式下每个数据通道速率为80~1500Mbps，新版本的 D-PHY 支持的速率更高，LP模式下最高10Mbps。

HS又称为Burst，在HS高速传输的间隙，也就是没有激活高速收发数据时，接口应该处于低功耗状态LPS。

基本的HS传输结构

图中的SoT是Start of Transmission的缩写，表示传输开始，EoT是End of Transmission的缩写，表示传输结束，共发送N个字节的数据。

HS采用低压差分信号，传输速度高，但是功耗大，信号电压幅度 100mv~300mV，中心电平200mV。LP模式下采用采用单端驱动，功耗小，速率低(<10Mbps)，信号电压幅度 0~1.2V。在 LP 模式下只使用 Lane0，不需要时钟信号，通信过程的时钟信号通过 Lane0 两个差分线异或得到，而且是双向通信。

下图蓝色实线是 LP 模式下的信号波形示例，电压为 0~1.2V。绿色虚线是 LP 模式下信号的高低电平门限。红色实线是 HS 模式下的信号波形示例，中心电平 200mV。

HS和LP信号点电平

通常数据在一个时钟周期中采样1次。但是MIPI-DSI在高速模式(HS)下的Data Lane通常使用 Dual Data Rate (DDR) 传输方式。每当CLK Lane 信号状态发生改变时，均对Data Lane 进行采样，即在上升沿和下降沿均进行采样。也就是说每个通道数据的实际传输速率是时钟频率的2倍。MIPI-DSI调试时可以使用逻辑分析仪来调试。

1.3 A-PHY

D-PHY接口虽然已经成熟，但是由于MIPI本身是为了移动设备设计，它的传输距离很短，最多不超过15cm，这个距离在手机内部中使用没有问题，在汽车的液晶仪表或中控屏内部使用也可以。

但是随着智能座舱一机多屏的方案和ADAS的发展应用，娱乐屏幕和车载摄像头的分布越来越分散，它们到控制器的距离一般比较长，所以D-PHY在这种情况下是不能直接使用的，必须外接串行器和解串器。

A-PHY就是为了汽车中长距离、超高速的应用而开发，比如 ADAS、车载信息娱乐系统（IVI）和其他传感器等，可在最远15m的距离上支持高达16Gbps的数据速率，A-PHY于 2020 年发布，目前符合相关标准的芯片正在开发中。

2 分层协议

MIPI-DSI自上而下分为四层，依次为应用层、协议层、通道管理层和物理层。

DSI分层

2.1 应用层

应用层中主要是底层数据流中的数据在更高层级中的编码和解析，其中的数据根据显示子系统的架构不同而不同，应用层中可能由具有规定格式的像素组成，也可能由显示模块内的显示控制器解释的命令组成。

应用层中会定义像素值、命令和命令参数到数据包程序集中字节的映射关系。

2.2 协议层

协议层的作用是将应用层中的数据字节制作成数据包，协议层中定义了每个数据包所需的包头，以及如何生成和解释包头信息。

发送端将包头和错误检查信息附加到正在传输的数据中。接收端会先将包头剥离，再由接收器中的相应逻辑进行解释。

错误检查信息可用于检测传输数据的完整性。协议层中还可以进行数据包标记，用来实现将多个命令或数据流交织后发送到单独的目的地。

2.3 通道管理层

通道管理层负责将数据分配到具体的某个通道上，DSI的通道具有可扩展性，支持 1/2/3/4 通道，扩展后可提高传输性能。根据应用的带宽要求，数据信号的数量可以是1、2、3或4。

如果只有1个通道的话，那就直接使用该通道将数据字节串行的发送出去即可。如果是多个通道，就需要将数据字节分拆到不同的通道，同时发送。

发送端将输出数据流分配到一个或多个通道，这称为分配器功能；接收端从通道收集数据字节，再将它们合并到1个重新组合的数据流中，用以恢复原始的流序列，这称为合并功能。

1通道与4通道发送数据流

通过上图可以看出，4个通道同时发送，其发送速率可以认为是1个通道的4倍。

在接收端执行相反的操作，将 Lane上的数据整理打包成串行数据上报给上层：

1通道与4通道接收数据流

2.4 SP与LgP

MIPI-DSI通道里的数据可以根据需要按照短包SP或长包LgP的方式传输。

短包长度是4个字节，包括ECC。短包主要用于大部分命令模式和相关参数；长包用两个字节来定义载荷数据的长度，一个长包的最大长度是65541个字节，长包允许传输像素信息等大的数据块。

长包与短包传输

图中的SP是short packets的缩写，表示短包；LgP是Long Packet的缩写，表示长包。

3. video mode 和 command mode

MIPI DSI 包含两种基本的运行模式：视频模式（video mode）和命令模式(command mode)。这两种模式的定义说明DSI协议的主要目的是用于显示互连（video），但是又不限制它在其它设备中的应用（command）。

视频和命令模式分别对应了D-PHY端的HS和LP模式。具体使用哪种模式取决于液晶屏的架构和能力。命令模式时，通道0是双向的，其它通道是单向的。视频模式时，通道0可以是单向也可以是双向，但是其它通道都是单向的。通讯时收发方向的变化可以通过总线转向命令完成。

命令模式一般是针对那些含有显示控制器的液晶模块，显示控制器包括本地寄存器和帧缓冲器（frame buffer），系统会对寄存器和帧缓冲存储器进行写入和读取。

主控设备通过向显示控制器发送命令、参数和数据来间接控制显示屏的显示。主控设备还可以读取显示模块状态信息或帧存储器的内容，命令模式由于具有读的操作，因此需要主控设备与液晶屏间具有双向接口。

命令模式的特点是主控设备只有在画面需要更新的时候发送像素数据，画面不变的时候屏幕驱动芯片从自己内部的缓冲器buffer里面提取数据显示。一般此种模式的屏幕尺寸和分辨率不大，常用在单片机等低端领域。

视频模式是指主控制器到显示屏以实时像素流的形式进行数据传输。在正常运行时，显示屏模块需要主控制器以足够的带宽提供图像数据，以避免显示图像中出现闪烁或拖影等现象，因此视频信息必须使用高速模式传输。

一些视频模式架构也可能包括一个简单的时序控制器和部分帧缓冲器，用于在待机或低功耗模式下保持部分屏幕或较低分辨率的图像，这样可以关闭接口以降低功耗。为了降低复杂性和成本，仅在视频模式下运行的系统可以使用单向数据路径传输。

视频模式没有帧缓冲器，需要主控一直发送数据给屏幕，和RGB接口有点类似。但是 MIPI-DSI没有专用的VSYNC、HSYNC等同步信号发送，所以这些控制信号和RGB图像数据是以报文的形式在 MIPI数据线上传输。很多的显示屏就是工作在 video 模式下。

视频模式示意图

通常，显示屏模块能够进行命令模式或视频模式操作。但一些视频模式显示屏模块也会包含一些简单的命令模式，这样显示屏可以使用更小的帧缓存来完成画面的刷新，主控设备也可以关掉接口以降低功耗。

4．小结

液晶屏常用的接口是RGB、LVDS和MIPI-DSI接口，RGB是一种并行接口，传输的信号包括RGB666或RGB888、行场同步和时钟信息，车载中小尺寸液晶屏会使用这种接口。

LVDS和MIPI-DSI都是串行接口，都采用低压差分信号传输，LVDS是4路数据data和1路时钟，MIPI-DSI是4路通道lane，1路时钟。这两种接口的物理层看起来是一样的，但是它们的传输协议不同，所以传输内容是不同的。LVDS接口将RGB 信号串行化，只用于传输视频数据，MIPI-DSI是按照特定的协议内容传输，不仅能够传输视频数据，还能传输控制指令；