对于MIPI系列之“D-PHY”的性能分析和介绍以及应用
本篇主要介绍mipi物理层规范中的d-phy，主要包括d-phy的架构、操作模式、电气特性等。
mipi d-phy将百万像素摄像头和高分辨率显示器连接到应用处理器。它是一个时钟驱动的同步链路，可提供高噪声容限和高抖动容限。mipi d-phy还提供高速和低功耗模式之间的低延迟转换。
由于其灵活，高速，低功耗和低成本的特性，mipi d-phy是智能手机中用于相机和显示器的主流phy。它也可以应用于许多其他地方，例如汽车摄像头传感系统，防撞雷达，车载信息娱乐系统和仪表盘显示器。
由于链路收发器的主从关系，链路的操作和可用数据速率是不对称的。非对称设计显著降低了链路的复杂性，并且非常适合于具有一个主要数据传输方向的显示器用例。支持双向和半双工操作。
1、d-phy架构
d-phy的最初版本的设计目标是500mbits/s，而d是罗马数字（拉丁文数字）中500。d-phy采用1对源同步的差分时钟和1～4对差分数据线来进行数据传输。数据传输采用ddr方式，即在时钟的上下边沿都有数据传输。
d-phy的物理层支持hs（high speed）和lp（low power）两种工作模式。hs模式下采用低压差分信号，功耗较大，但是可以传输很高的数据速率（数据速率为80m～2.5gbps），采用源同步的传输方式，由主机（master）设备向从机（slave）设备提供ddr时钟；lp模式下采用单端信号（1.2v lvcmos信号），数据速率很低（≤10mbps），但是相应的功耗也很低，用于传输初始化控制信号。两种模式的结合保证了mipi总线在需要传输大量数据（如图像）时可以高速传输，而在不需要大数据量传输时又能够减少功耗。无论是hs模式还是lp模式，都采用lsb first，msb last的传输方式。
在lp模式下，只用lane0实现双向数据传输，时钟是使用数据dp和dn的exor恢复的。
链路层的模式分为：command模式和video模式。链路层选择command模式时，物理层可以为hs模式，也可以为lp模式；链路层选择video模式时，物理层只能选择hs模式。
一个通用的lane中包含lp-tx、lp-rx、hs-tx、hs-rx和lp-cd模块，所有收发模块均共用同一对差分线dp，dn（在lp模式下，为两根单独的信号线）。整个lane通过ppi接口（phy protocol interface）与系统的其他部分连接。
其中，lp-cd模块仅在存在于需要双向通信（bidirectional）的系统中，对于不需要双向通信（unidirectional）的系统，如csi协议，则不需要lp-cd模块。显然，在unidirectional系统中，主机（一般固定为transmitter）则不需要rx模块，从机（一般固定为receiver）则不需要tx模块。在需要双向通信的系统中，如dsi（当然，在特定的系统中，dsi也可以是unidirectional的），一般只需要一个data lane具有双向收发的能力，其他的data lane和clock lane则可以根据实际需求，去除rx或者tx模块。需要注意的是，即使在unidirectional的系统中，clock lane也不需要反向传输，即当从机向主机发送数据时（反向传输），此时的ddr时钟仍然是由主机提供（hs模式下，lp模式下则不需要时钟）。
在lp模式下（包括control mode和escape mode），采用的是spaced-one-hot coding机制。在该机制下，时钟可以从传输的数据中得以体现（时钟恢复），因此不需要传输时钟。此时，用户可以根据实际需求，设置clock lane继续运行或者关闭以降低功耗。常见的lpdt模式（low-powerdata transmission）和ulps模式（ultra-low power state）都是escape mode的一种。
d-phy中一共有三种lane，unidirectional clock lane、unidirectional data lane以及bi-directional data lane。
需要注意的是，d-phy的bidirectional通信是一种半双工的双向通信模式，同时，反向传输的速度只有正向传输的1/4。
2、操作模式及转换
一个典型的hs传输过程的序列为：lp-11→lp-01→lp-00→hs→lp-11；
转向(turnaround)的序列为：lp-11→lp-10→lp-00→lp-10→lp-00；
escape mode传输过程的序列为：lp-11→lp-10→lp-00→lp-01→lp-00；
2.1、high-speed data transmission
start-of-transmission的流程如下表所示：
end-of-transmission的流程如下表所示：
hs data transmission burst的流程如下所示：
2.2、bi-directional data lane turnaround
turnaround的流程如下所示：
当通道没有进入driver overlap阶段之前，如果通道上有stop状态出现，反转过程可以被打断，当lane已经完成了driver overlap，通道已经完成了反转，此时再有stop状态也不能打断turn around过程。
2.3、escape mode
lp escape mode特性如下:
does not depend on clock lane
maximum data rate 10 mbit/s
low power data transfer
ultra low power mode
4 remote triggers
2 reserved functions
8-out-of-256 codes selected for maximum robustness
in case of code mismatch everything is ignored tillnext stop state
当检测到lp-11→lp-10→lp-00→lp-01→lp-00序列的最后一个lp-00时，就进入了escape模式。
进入escape模式后，data lane上发送的数据都经过了spaced-one-hot编码，每个有效的位置(mark)后都跟着一个space。只有stop之前的最后一个mark1才不需要跟随一个space。
当线上检测到第二个lp00(bridge)状态后，通道进入escape mode，标志当前状态为space state，在bridge状态之前，线上检测到任何lp11状态都会导致通道尝试进入escape模式的努力失败，通道重新返回stop状态。
由于space-one-hot编码的特性，phy不需要clock lane来进行解码，如果电路特性满足要求，使用d+和d-就可以恢复出escape mode下的clock信号。由于d+和d-上的mark是差分的（即d+为mark0的时候，d-上一定是mark1状态），只需要把d+和d-简单叠加即可还原出clk波形。
data lane进入escape模式后，发送方需要发送一个8bit的模式选择命令来表明请求的类型，下表是模式选择命令的具体对应关系：
lpdt模式是escape模式的一种，可以进行低速的数据传输，其数据编码仍然是采用spaced-one-hot方式。需要注意的是，lpdt模式有pause模式，在此模式下，传输可以暂停。如上图红线框出的区域。负载(payload)是一次数据传输中，实际有效传输的内容数目，最小单位为字节。在传输过程中，为了确保burst传输的正确性，需要在有效数据的前后添加一些辅助头和辅助尾。mipi协议没有对payload的最大值作出规定，但是考虑到payload太小会降低传输效率，太大的话由于误码率的影响会导致频繁的重传，需要使用者权衡出一个比较合适的payload值。
3、电气特性
d-phy两种工作模式的硬件信号不一样，hs模式为lvds信号，lp模式为lvcmos信号，其信号电平如下所示：
以上就是针对d-phy的硬件架构、操作模式、模式转换、电气特性等的简单介绍，详细可参考《mipi d-phy℠ v2.1, 28-mar-2017》，其中有详细介绍。
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1、d-phy架构
d-phy的最初版本的设计目标是500mbits/s，而d是罗马数字（拉丁文数字）中500。d-phy采用1对源同步的差分时钟和1～4对差分数据线来进行数据传输。数据传输采用ddr方式，即在时钟的上下边沿都有数据传输。
d-phy的物理层支持hs（high speed）和lp（low power）两种工作模式。hs模式下采用低压差分信号，功耗较大，但是可以传输很高的数据速率（数据速率为80m～2.5gbps），采用源同步的传输方式，由主机（master）设备向从机（slave）设备提供ddr时钟；lp模式下采用单端信号（1.2v lvcmos信号），数据速率很低（≤10mbps），但是相应的功耗也很低，用于传输初始化控制信号。两种模式的结合保证了mipi总线在需要传输大量数据（如图像）时可以高速传输，而在不需要大数据量传输时又能够减少功耗。无论是hs模式还是lp模式，都采用lsb first，msb last的传输方式。
在lp模式下，只用lane0实现双向数据传输，时钟是使用数据dp和dn的exor恢复的。
链路层的模式分为：command模式和video模式。链路层选择command模式时，物理层可以为hs模式，也可以为lp模式；链路层选择video模式时，物理层只能选择hs模式。
一个通用的lane中包含lp-tx、lp-rx、hs-tx、hs-rx和lp-cd模块，所有收发模块均共用同一对差分线dp，dn（在lp模式下，为两根单独的信号线）。整个lane通过ppi接口（phy protocol interface）与系统的其他部分连接。
其中，lp-cd模块仅在存在于需要双向通信（bidirectional）的系统中，对于不需要双向通信（unidirectional）的系统，如csi协议，则不需要lp-cd模块。显然，在unidirectional系统中，主机（一般固定为transmitter）则不需要rx模块，从机（一般固定为receiver）则不需要tx模块。在需要双向通信的系统中，如dsi（当然，在特定的系统中，dsi也可以是unidirectional的），一般只需要一个data lane具有双向收发的能力，其他的data lane和clock lane则可以根据实际需求，去除rx或者tx模块。需要注意的是，即使在unidirectional的系统中，clock lane也不需要反向传输，即当从机向主机发送数据时（反向传输），此时的ddr时钟仍然是由主机提供（hs模式下，lp模式下则不需要时钟）。
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3、电气特性
d-phy两种工作模式的硬件信号不一样，hs模式为lvds信号，lp模式为lvcmos信号，其信号电平如下所示：
以上就是针对d-phy的硬件架构、操作模式、模式转换、电气特性等的简单介绍，详细可参考《mipi d-phy℠ v2.1, 28-mar-2017》，其中有详细介绍。
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