你会忘记带钱,你会忘记带钥匙,但你出门一定不会忘记带手机。
手机,已经是我们的另一半,已经成了生活中不可或缺的一部分;而在手机SoC架构中,MIPI接口作为关键性互联桥梁,承担起了连接CPU、Camera、LCD、基带等关键组件的重任,确保数据能够准确、快速、可靠地传输。
MIPI,即移动产业处理器接口(Mobile Industry Processor Interface),是由MIPI联盟(ARM、Nokia、ST和TI等巨头在2003年发起成立)发起,为移动应用处理器制定的开放标准和规范,主要有如下优势:
提升了不同厂家之间的兼容性;
增加了产品设计的灵活性;
减少了设备总线的复杂度;
更高的带宽,更低的功耗
MIPI,也有很多协议,按照应用划分,主要有如下:
针对CMOS传感器,主流的通信接口有DVP、LVDS、MIPI D-PHY、MIPI C-PHY、SLVS-EC等。在手机、平板等中高端应用中,MIPI D-PHY与MIPI C-PHY最为广泛(SLVS-EC FPGA方案后面再谈)。
DPHY 凭借其较早的应用和广泛的市场认可度,在移动设备通信领域有着深厚的根基;而 CPHY 作为后起之秀,以其独特的技术优势(带宽),逐渐在一些对带宽要求苛刻的场景中崭露头角。
本文也主要针对MIPI D-PHY与MIPI C-PHY,进行协议对比,以及FPGA选项方案的分析(以下简称DPHY与CPHY)。
如上图所示,同样以6线的MIPI D-PHY与MIPI C-PHY为例,带宽对比如下:
这里同样的走线,同样的线速率,CPHY的带宽是DPHY的2.28倍,足以见得3 phase带来的优势,而DPHY只能0/1,状态比较单一,如下所示:
DPHY比CPHY兼容性强,但CPHY相比DPHY快很多,各有千秋。翻阅了各个spec与文献,我总结了DPHY与CPHY的差别:
发展:DPHY更久远,普及性更强;
速率:CPHY的速率是DPHY的2.28倍;
功耗:CPHY会比 DPHY 高出 20%-50%;
电气:DPHY的差分特性比CPHY更抗干扰性;
应用:CPHY在高像素的采集显示更有优势(如4K/8K)
综上:DPHY 技术成熟、兼容性好、功耗较低;而 CPHY 则以其高速传输的优势,在高像素、高带宽领域发挥了巨大的作用。
阅读如上文档,你会知道更多,如下:
https://pan.baidu.com/s/1gEWC8X9rqKhequmgY6j4CA?pwd=fpga
FPGA在图像领域的应用,Xilinx、Lattice、易灵思、高云这几家公司的FPGA选型,相对更为广泛,那么针对MIPI D-PHY的应用,以这几家FPGA为例(其他家对MIPI的支持平平无奇),可选型号如下:
如上表,在DPHY应用中,各家FPGA各有千秋:
【1】Xilinx,只有Ultrascale(+)系列支持MIPI(其他系列都是LVDS模拟的,并且价格还比较贵)。
【2】Lattice,在MIPI上走的比较早,也很成熟,因此过去MIPI DPHY抢占了先机;
【3】易灵思的DPHY,尤其是钛金系列FPGA在图像传感器的应用较为广泛,在FPGA国产化中打开了僵局。
【4】高云最新推出的22nm Arora-V 系列 FPGA,支持2.0-2.5Gbps 软/硬核DHPY,并且集成了12.5Gbps Serdes,丰富了客户的选型及应用。
如果不考虑研发投入,以及解决方案的稳定性,Lattice、易灵思、高云在DPHY上不相上下,各有一定的应用领域与专长,客户可以根据专业成熟度,及供应链优势去选择支持DPHY的FPGA。
那么,接下来我们谈谈:有没有支持MIPI CPHY的FPGA?
除了又贵又买不起的Xilinx Zynq UltraScale FPGA支持CPHY,目前中低端FPGA中支持MIPI CPHY的,有且只有高云新推出的Arora-V系列。
大部人是用不起Zynq Ultrascale FPGA的,但所有人都用的起高云的Arora-V FPGA。全球唯一的支持C-PHY的FPGA解决方案,历经大半年的磨练,终于来了,如下:
高云的Arora Ⅴ系列 FPGA ,是高云晨熙家族第5代产品,内部资源丰富,具有全新构架,且支持 AI 运算的高性能 DSP ,高速 LVDS 接口以及丰富的 BSRAM 存储器资源,同时集成自主研发的 DDR3(1333Mbps)、MIPI DPHY(2.5Gbps),MIPI CPHY(5.75Gbps),支持多种协议的 12.5Gbps Serdes,提供多种管脚封装形式,适用于低功耗、高性能及兼容性设计等应用场合。
针对GW5AT-60 FPGA,奥唯思有幸成为高云独家官方第三方合作伙伴。经过了近半年的探索与突破,重复迭代了5版硬件,我们终于完成了所有的解决方案,郑重的推出基于高云GW5AT-60 FPGA的图像解决方案:
10几年的FPGA图像积累,奥唯思做的并不是FPGA硬件,而是在 打造FPGA的灵魂 。如下是新鲜出炉的高云Arora-V 60K图像开发板:
VF-G60K225 FPGA图像开发板
基于高云GW5AT-60 FPGA所有专用接口,以及丰富的逻辑资源,我们将FPGA的功能与性能榨干到极限,并且提供完整的FPGA图像解决方案,让客户可以快速上手,进行自己二次开发。如下所示,是高云GW5AT-60 FPGA的特性参数:
高云跨出这一步,确实具有前瞻性,但挑战也很大(FPGA生态薄弱)。采用Xilinx中低端单端LVDS模拟CPHY,手写控制器投入大,且稳定性堪忧;因此,目前带MIPI CPHY的FPGA,除了Xilinx高端系列外,绝无仅有。
那么,作为全球唯一带MIPI CPHY的FPGA,我们终于惊艳的将Sensor做到了5000万级别,打破了原来的带宽限制,如下Vivo X27 pro后置主摄:Sony IMX586。
Sony的IMX586传感器将大幅提升智能手机图像拍摄的清晰度,其4800万的有效像素超过了华为P20 Pro的4000万像素和诺基亚 Lumia 1020的4100万像素,如下示意图所示:
如下框图所示,为基于奥唯思VF-G60K225 FPGA图像开发板,方案通过4800万像素的,MIPI CPHY接口的传感器IMX586,图像采集缓存于DDR3后,最终通过HDMI接口在显示器上显示。
走在吃螃蟹的路上,我们毕其功于一役,努力完善基于高云Arora-V 60K FPGA的解决方案,完善MIPI C-PHY FPGA的生态,为FPGA发烧而生。
新品发布,理性为原厂建立一个FPGA讨论群,欢迎感兴趣的朋友加入,我们共同探索未知,共建生态:
VF_G60K225 FPGA开发板目前已经量产完毕,感兴趣的朋友,可以下单采购,支持国产FPGA,支持高云Arora-V,扫码如下:
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