显示屏接口技术详解：MIPI-DSI工作原理与模式解析

显示屏接口技术详解：MIPI-DSI工作原理与模式解析

MIPI-DSI（Display Serial Interface）是移动行业处理器接口（MIPI）联盟开发的一种用于移动设备的显示接口标准。它广泛应用于智能手机、平板电脑和其他便携式设备中，用于连接应用处理器和显示面板。MIPI-DSI接口具有低功耗、高速传输和良好的信号完整性等特点，能够满足现代移动设备对显示性能和能效的要求。本文将详细介绍MIPI-DSI接口的技术原理和工作模式。

协议层和链路层属于MIPI DSI Host范畴，物理层属于D-PHY范畴。

数据流和 lane 的关系

物理层协议

物理层规范了传输介质、电气特性、IO电路、和同步机制。通俗地说，就是指定在MIPI协议的最底层物理层，发送端Tx如何拿到上层编码好的数据、转化成怎样的电信号、并通过多少根/组通道以何种形式发送给接收端Rx等等。

CSI和DSI的物理层由专门的工作组负责制定。在目前公布的协议中有三类基于摄像头的物理层接口，分别是D-PHY、C-PHY和M-PHY。其中最为简单基础、使用最广泛的是D-PHY接口，2009年发布D-PHY 1.0版本。

为了提供更高的接口带宽和更好的通道布局灵活性，CSI-2 v1.3引入了C-PHY接口。C-PHY 1.0是MIPI联盟于2014年9月发布的新物理接口，能够兼容之前的D-PHY v1.2版本。

D-PHY和C-PHY都是串行接口，它们解决了并行的接口的很多问题，比如降低了接口功耗，改善了并行难以扩展的问题。物理层协议除了这两者外还有M-PHY——这是一种高速Serdes接口，异步传输，相较于D-PHY有更少的引脚和更高的信号传输速度，在移动端应用的还没有那么广泛，但在车载领域应用较多，此处暂时不做重点讨论。

MIPI CSI 和 MIPI DSI 都是使用同一个物理层协议 D-PHY。

物理层LANE内部结构

Universal Lane里面有一对高速收发器（HS-TX、HS-RX）、一对低功耗（Low Power）收发器（LP-RX、LP-TX）、低功耗竞争检测器（LP-CD）和 Lane 的控制逻辑组成，其他类型的 lane 都是在这个基础做一定的简化，比如单向数据传输通道就只有接收器或者发送器，再比如时钟 Lane 也是只有接收器或者发送器，时钟也是一种Lane。

物理层D-PHY速度模式

由于Lane有高速和低功耗两种收发器（数据LANE 1/2/3 只有高速收发器，LANE 0 都有），所以D-PHY的物理层支持HS（High Speed）和LP（Low Power）两种工作模式。

HS高速模式：用于高速传输数据。电压差200mv，电平状态有差分0（P_L, N_H）和差分1（P_H, N_L）两种

LP低功耗模式：用于传输控制信号。电压差1.2v，电平状态有00（P_L, N_L）、01、10、11四种

传输的最小单元为 1 个字节，采用小端的方式及 LSB first，MSB last

HS 发送器发送的数据， LP 接收器看到的都是 LP00

时钟通道和数据通道均可驱动为低速(LP)或高速(HS)模式

HS高速模式的时钟下降沿和上升沿都采样数据。

由于 HS 和 LP 有不同的电平状态，不同的电平状态通过不同的时序组合可以使得LANE进入不同的模式（三种模式之一：High-speed（高速模式）、Control mode（低速模式）、Escape mode（低速模式）），对于CLOCK 和 DATA LANE，它们进入的不同状态又有具体的不同划分（对应上述三种模式的其中部分模式），如下：

CLOCK有三个模式：

• 低功耗模式LPM （Low Power Mode）
• 超低功耗模式ULPM(Ultra Low Power Mode)
• 高速时钟模式HSCM(High Speed Clock Mode)

DATA有三个模式：

• Escape Mode
• High-Speed Data Transmission
• Bus Turnaround Request

链路层工作模式

MIPI DSI的链路层有两种工作模式

视频模式(Video mode)

显示数据流通过显示器的 driver IC 直接显示到 LCD 上，为实时数据。为了降低复杂性和成本，仅在Video模式下运行的系统可以使用单向Data Lane。

链路层为video mode时，物理层只能为HS模式。

video 模式在传输时有三种时序控制模式，根据外围设备的要求决定了使用哪种时序控制模式比较合适，这三种模式为：

• Non-Burst Mode with Sync Pulses，使外设能够精确地重建原始视频时序，包括同步脉冲宽度
• Non-Burst Mode with Sync Events，与上述类似，但不需要精确重建同步脉冲宽度，因此会使用单个 Sync Event
• Burst mode，RGB数据传输被压缩，其余时间均为LP11模式，以降低功耗

精确的重建时序：就是通过 DSI 传输后的数据，在对端可以精确的还原成 DPI 的时序

命令模式(Command mode)

Command模式是指读写显示模块寄存器或RAM的操作。数据先更新到ram中再由ram刷新到lcd上。<1>这种模式需要显示器的driver ic带ram，平台无数据更新时，显示内容就由ram更新到lcd上，节省功耗。<2>1/2 or 1/3 ram（ram大小为一帧的1/2 1/3）可以实现平台较小的数据输入，输出较高分辨率的效果，平台方压缩显示数据，driver IC解压数据并显示到lcd上。

Command模式操作需要一个双向Data Lane。

链路层为command mode时，物理层可以为HS模式，也可以为LP模式。

显示模块初始化配置寄存器，在命令模式。