《从零掌握MIPI CSI-2: 协议精解与FPGA摄像头开发实战》-- CSI-2 协议详细解析 (一）

CSI-2 协议详细解析 (一）

1. CSI-2层定义（CSI-2 Layer Definitions）

分层结构 ：CSI-2协议分为6层：

1. 物理层（PHY Layer） ：
   定义电气特性、时钟机制和传输介质（导线）。负责比特/字节同步、SoT/EoT信号及“带外”信息传递。
   底层规范由MIPI D-PHY/C-PHY标准定义（本文仅关注D-PHY）。
2. 协议层（Protocol Layer） ：
   支持多数据流标记和交织传输，确保接收端能正确重建各数据流。
3. 像素/字节打包层（Pixel/Byte Packing/Unpacking Layer） ：
   发送端将应用层像素打包为字节；接收端将字节解包为像素。支持6–24位/像素格式，8位/像素数据直通。
4. 底层协议（Low Level Protocol, LLP） ：
   基于字节的包协议（短包/长包格式），支持：
   • 任意数据传输
   • 4个虚拟通道（Virtual Channel）
   • 帧/行同步包（Frame/Line Start/End）
   • 数据类型（Data Type）描述负载格式
   • 16位CRC校验和（D-PHY/C-PHY均适用）
   • 8位包头纠错码（ECC，仅D-PHY）
5. 通道管理层（Lane Management） ：
   实现通道扩展：
   • 发送端 ：分发器（LDF）将字节流轮询分发到N个通道。
   • 接收端 ：合并器（LMF）从N个通道收集并重组字节流。
   • D-PHY以单字节为单位分发（C-PHY以双字节为单位）。
6. 应用层（Application Layer） ：
   高层数据编码（如像素映射）

• 规范范围 ：仅约束链路上的外部数据/比特模式，内部接口为建议性设计。

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2. DPHY物理层（Physical Layer）

• 组成 ：1个时钟通道 + 1个或多个数据通道（均为单向差分接口）。
• 时钟模式 ：
  连续时钟（默认） ：数据包间时钟保持高速模式。
  非连续时钟（可选） ：数据包间时钟进入LP-11状态。
• 最低要求 ：

模块	发送器（TX）	接收器（RX）
数据通道	HS-TX + LP-TX + CIL-MFEN功能	HS-RX + LP-RX + CIL-SFEN功能
时钟通道	HS-TX + LP-TX + CIL-MCNN功能	HS-RX + LP-RX + CIL-SCNN功能

• 关键特性 ：
  ULPS支持 ：所有数据通道必须支持前向超低功耗状态（Escape ULPS）。
• 去偏斜校准 ：
  • 发送器提供 去偏斜序列模式 ，接收器据此校准通道间偏斜。
  • 校准仅在固定频率有效，频率变化时需重新校准。
  • 低频率或旧版发送器可绕过校准。

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3. 多通道分布与合并（Multi-Lane Distribution/Merging）——仅D-PHY

• 通道扩展原理 ：

• 发送端 ：分发器（LDF）按轮询方式分配字节：

  • N通道示例 ：字节0→Lane 1，字节1→Lane 2，…，字节N→Lane 1（循环）。

• 接收端 ：合并器（LMF）按通道顺序重组字节流。

• 非整数倍字节处理 ：

  • 末尾字节不足时，无数据的通道进入LPS状态。
  • 各通道独立结束传输，EoT信号可能错开1字节周期。
    

• 通道数互操作性 ：
  M发送器 vs N接收器 ：

  场景	性能影响	连接规则
  M ≤ N（例：1→4）	无损失	TX Lane 1→RX Lane 1，依次对应
  M > N（例：4→1）	带宽下降（接收通道不足）	TX Lane 1–N→RX Lane 1–N

• 配置 ：通过CCI接口动态重配置分发/合并逻辑。

• 短包传输 ：
  短包（4字节）仅需4条通道，多余通道保持LPS状态（图28）。

总结重点 ：CSI-2通过分层协议和通道扩展实现高带宽传输，D-PHY物理层提供稳定电气接口，多通道管理确保字节级精确分发/合并，且支持发送端与接收端通道数灵活适配。