MIPI CSI-2

综述

官网：https://www.mipi.org
官方文档下载地址：http://files.chinaaet.com/files/blog/2019/20171110/1000019445-6364593011828743047249885.pdf

定义：MIPI-CSI （camera serial interface 2） 移动设备中图像传感器（sensor）与主处理器（SoC）之间高速传输视频数据的协议标准；

[Sensor图像数据]
      ↓ 应用层 
-------------------------
[图像帧/像素流]
      ↓ 像素/字节组包/解包层（Pixel-to-Byte）
[字节流 + 格式对齐]
      ↓ 底层协议层      ----->协议层
[CSI-2 Long/Short Packets]
      ↓ 通道管理层
[分配到各条 Data Lanes]
--------------------------
      ↓ 物理层
[差分电平输出到 MIPI 接口]

组成部分：

• 物理层（phy-layer）D-PHY/C-PHY
  D-PHY：1 个时钟通道（Clock Lane）;1~4 个数据通道（Data Lanes）;差分信号对，传输速率可达数 Gbps/通道

• 协议层（Protocol Layer）
  CSI-2 可以使用Soc上的一个物理接口实现多条数据流的传输；协议层规定了如何对多条数据流进行标记和交织，
  从而使每条数据流能够正确重建；

• 应用层
  该层描述数据流中所含数据的高层编码和解释，原始图像在应用层进行各种图像处理等。 CSI-2 规范描述了将像素值映射为字节；

CSI-2 定义的协议层格式包括：
Short Packet（短包）：用于控制和状态信息，如帧开始、帧结束
Long Packet（长包）：包含实际的图像数据

物理层

D-PHY

除地线外，MIPI CSI2一般会有1对I2C通信引脚，1对MIPI差分时钟引脚和1~4对MIPI差分数据信号引脚；

D-PHY 一组clock lane;1-4组 data lane 都是单向传输，可以支持1/2/4 lane的传输；每组lane在物理上是两根接线，传输差分信号；

摄像头模组D-PHY协议传输数据，LP（low power）模式下处于高电平；HS(High Speed)模式下传输差分信号。

C-PHY

（用的不多）
C-PHY 三根接线一组传输;C-PHY是一种嵌入式时钟链路，不需要额外的时钟线；C-PHY 不使用差分信号传输，采用三相符号编码来传输数据；

注：三相符号编码
每次波形变换时，总有一条线保持不动，另外两条线形成高低电平差；
原始数据（如 CSI-2 协议包） → 每 7 bit 作为一个基本单元；
通过查表映射，将 7 bit 映射成一个 3-phase symbol transition；
在物理层，三根线产生状态过渡，例如：
上一个状态：A > B > C
当前状态： B > C > A

协议层

协议层可以分为三层：像素/字节组包/解包层、底层协议层、通道管理层；

像素/字节组包/解包层

这层的主要作用是：将应用层的像素数据按照特定格式进行“打包”为字节流，供底层传输；在接收端则执行解包操作，还原成原始像素。

• 发送端：

从应用层获取原始像素数据（如 RAW10、 RAW12、RGB565、YUV422 等）；
将这些像素打包为一组字节流（Byte Stream）；
传给 MIPI CSI-2 协议更底层的 D-PHY/C-PHY 层进行发送。

• 接收端：

从底层 PHY 接收到字节流；
根据格式知道该如何解析每一个像素（多少位，是否跨字节等）；
解包为像素阵列，再交给 ISP、应用处理。

为什么需要这层？
因为像素格式的位宽通常不是 8 的整数倍，这些格式都需要在发送前进行“位对齐”处理；否则无法有效利用带宽或导致解析错误。

举例：raw10像素流：

像素流packed成字节流

底层协议层

LLP(low level protocol)通常处理两种格式的包 长包（Long packed）和 短包（short packed）LLP 对包添加包头（packet header,PH）
和包尾（packet footer.PF）,并作为有效数据在HS模式下传输；

长帧包含信息：32bit PH,一定长度packet data, 和8bit PF;

数据标识 Data ID:8bit，有Virtual Channel ID(VC低2位)和Data type(6bit )字节组成；
数据计数 WC:16bit; PH结尾到PF开始中间的数据长度，单位为byte，接收端可以通过wc判断包结束位置；
虚拟通道+错误校验 VCX+ECC:8bit,Virtual Channel ID(VC高2位)和DI中的VC低2位组成4-bit VC-ID,总共可以表示16个虚拟通道；
数据填充 packet data:长度=wc*8bit;对具体数据内容没限制；
检验和 CS:16bit;CRC检测packet data一个或多个错误，不纠错;

短包包含信息：Data ID WC、data field、ECC.

Data field：如果该短帧的Data type为帧同步则packet data数据表示帧数，如果短帧为行同步，则数据域表示行数；

长包和短包的Data type具体编码可以参考官方文档；

通道管理层

通道管理层（Lane Management Layer）是 MIPI CSI-2 协议中调度多个数据通道并确保同步传输的关键模块，
负责 Lane 配置、数据分发、同步控制与功耗管理，是高带宽、高效率传输图像数据的核心支撑。

功能	描述
通道配置	选择使用多少条 Lane（通常为 1、2 或 4 条）
Lane 映射	将数据包按顺序分发到各个 Lane 上
帧同步	保证多 Lane 同步传输，防止错帧/错行
低功耗切换	控制每条 Lane 进入/退出低功耗模式（LP/HS）
Lane 状态管理	探测 Lane 上是否存在错误或中断（如 Skew、Timeout）

发送端:

接收端：

MIPI 通常有两种工作模式：

模式	含义	用途
HS（High-Speed）	高速模式	传输图像数据
LP（Low-Power）	低功耗模式	控制信息、空闲状态

通道管理层负责在这两种状态之间切换，以节能和稳定性兼顾。

参考链接：
https://blog.csdn.net/sinat_43629962/article/details/123089993
https://www.graniteriverlabs.com.cn/technical-blog/mipi-csi-2-d-phy/
https://zhuanlan.zhihu.com/p/599531271
https://zhuanlan.zhihu.com/p/146572204
https://blog.csdn.net/baidu_38797690/article/details/125299661
https://blog.csdn.net/baidu_38797690/article/details/125297009?spm=1001.2014.3001.5502
http://huaqianlee.github.io/2021/09/22/Camera/MIPI interface overview/