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こんにちは！ Lattice チーム新人 FAE の ひろみん です！
このブログは、私ひろみんが MIPI の規格を学んでいく勉強ブログです。
MIPI ってなに？ DSI/CSI-2 の規格の違いは？Lattice FPGAで設計するには？など
基礎から応用まで お勉強したことを余すことなくお伝えしたいと思っています！
さて、今回は以下、目次に沿ってMIPI インターフェースの基礎を学んでいきたいと思います。
以下よりリンクで飛ぶこともできますのでご確認ください！
【この記事で分かること】
MIPI 規格の基礎について、DSI/CSI-2 の違いや事例を学びます！
・MIPI規格とは？物理層(D-PHY)とプロトコル層(DSI/CSI-2)
MIPI に関わる勉強ブログは、以下まとめリンクよりご覧いただけますので
ご興味ありましたらお読みいただけると嬉しいです！
MIPI規格とは？物理層(D-PHY)とプロトコル層(DSI/CSI-2)
まず、MIPI とはどんな規格か学んでいきましょう！
MIPI とは Mobile Industry Processor Interface の略で、標準化団体 MIPI Allianceが2005年に策定した標準規格です。
スマートフォンや、産業機器、車載用途など主にカメラ周りの製品で使われるインターフェースです。
MIPIは、物理層とプロトコル層に分けることができます。物理層には、D-PHY、M-PHY、C-PHY、A-PHYと種類があります。
それぞれ、以下図のようになります。
今回は、最終的にLattice FPGAで実機で検証をおこないたいと考えているため
Latticeが対応しているMIPI D-PHYについて詳しく学んでいきたいと思います。
MIPI D-PHYには、2種類のプロトコルが存在し、それぞれ用途が異なります。
CSI-2はカメラ周辺、DSIはディスプレイ周りで良く用いられるプロトコルになります。
D-PHY とは ~DSI/CSI-2で構成が変わる？~
まず、D-PHYについて勉強していきましょう！
DSI/CSI-2 で違いはあるのか？ LVDS との比較をおこない D-PHYについて理解を深めたいと思います。
D-PHY は物理層となり、DSI/CSI-2 それぞれの構成は、以下のようになります。
まず、DSI の構成です。基本的にクロック 1 Lane とデータ 1, 2, 4 Data Lane となります。
共に差動信号となり、クロックはDDR動作となります。
次に CSI-2 の構成です。D-PHY の構成は、DSI と同じ構成となります。
では、差分は何になるのでしょうか？
DSI/CSI-2 の差分は、Data Lene0 に違いがあります。 DSI はDataLane0 が双方向通信可能となるようです！
DSI では、このData Lane0 を用いて Slave デバイスと相互通信することができます。
D-PHYの構成は DSI/CSI-2 基本的に構成は同じ、唯一の差分は DSI にて Data Lane0が双方向通信になるということがわかりました！
D-PHYとは ~電気的特徴と転送モード~
次に D-PHY の電気的特性について学んでいきたいと思います。
D-PHY には 2つの伝送モード、Low Power(LP) Mode / High Speed (HS) Mode があるようです。
LP Mode では 1.2V 振幅のシングルエンド出力、HS Mode では ±200mV 振幅の差動出力でデータが出力されます。
ではなぜ、2つのモードがあるのでしょうか？以下の転送時の波形を見てみましょう。
上記波形について、詳しくは以降の回で詳しく勉強していきたいと思いますが、
この波形を見る限り、LP Mode と HS Mode を切り替えてデータ転送をおこなうようです。
また、伝送距離は30cm、Dataの伝送速度は HS: Max 2.5Gbps、LP: Max 10Mbpsとなります。
LP Mode では 1.2V 振幅のシングルエンド出力、HS Mode では ±200mV 振幅の差動出力でデータが出力される、
LP/HSを切り替えて通信をおこなうことがわかりました！
D-PYHは、このLP-HSをチップ内で切り替えられるのがポイントになりそうです。
他の規格と比較すると、よりイメージがつくかもしれませんので
LVDSとMIPI 通信との差分を比較しましょう！
D-PHYとは ~LVDSとの比較~
LVDS は入社してから何度か聞いたことがあり、私としてはMIPI より馴染みのある通信です。
ただ、詳しくは知らないため今回勉強になると思い、比較表を作ってみました！
|
|
MIPI D-PHY |
LVDS |
|
伝送距離 |
短距離 (Max 30cm位) |
Max 10m |
|
1レーンあたり |
HS: Max 2.5Gbps |
Max 655Mbps |
|
LP: Max 10Mbps |
||
|
電気信号 (振幅) |
HS: 差動 p-p200 mV |
差動 p-p 350 mV |
|
LP: シングルエンド 1.2V |
||
|
Common電圧 |
HS: 330mV, LP: 0.6V |
0.2～2.2V |
|
定電流源 |
2.0mA |
3.5mA |
|
クロック方式 |
DDRソース同期 |
DDRソース同期 |
|
その他 |
クロック信号をデータ線とは別に転送 |
クロック信号をデータ線と |
上記表から、MIPI は伝送距離は短いが LVDSより高速で通信可能ということがわかりました！
LVDS は Max10m も通信できるのは知らなかったので、比較したことによって良い勉強になりました。
今回のお勉強はここまでにしたいと思います。次回からMIPI DCI/CSI-2 の プロトコル層についてそれぞれ詳しく見ていきたいと思います！
さいごに：
感想は、物理層（D-PHY）はDSI/CSI-2 とあまり差分はなく、LVDSと比較することでよりイメージがつきました！
物理層がそんなに変わらないということは、プロトコル層で大きく違いが出るのかな？とひろみんは予想しています。
では、また次回 Lattice寺子屋でお会いしましょう！さようなら！
MIPI DSI/CSI-2よくある質問集（予告＆お願い）
記事をお読みいただき、ありがとうございました！
今後、読者の皆さまからいただいた質問をまとめた『MIPI DSI/CSI-2よくある質問集』記事の作成を予定しています。
そこでお願いがあります！皆さまの疑問を以下ボタン【ご質問シート※個人情報記入なし】よりご投稿ください！
いまさら聞きにくかったり、ちょっとした疑問をお持ちの方も多いと思いますが、
そんな疑問も、そのままにせず、是非教えてください！
そういった疑問こそ、皆さま共通の疑問であることが多いので、今学んでる皆さまはもちろん、
今後学ぶ皆様の後輩の方たちにも、質問集を残したいと思っております。
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新人エンジニアの奮闘記～MIPI規格編～
MIPI規格は、近年ディスプレイのインターフェースやイメージセンサーの出力インターフェースなどに多く用いられる通信規格です。
規格の名前は知っているけど、通信帯域は？どんなプロトコルで伝送するの？など
MIPIの中でも、DSI/CSI に焦点を当てて、新人がゼロから勉強していく記事です。
他の記事よりも、わかりやすく、楽しくをモットーにMIPI規格について記事を作成しています。
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