行動智慧裝置與時俱進,MIPI 聯盟標準規範再升級

作者 | 發布日期 2017 年 10 月 19 日 14:27 | 分類 物聯網 , 軟體、系統 , 零組件 follow us in feedly

隨著 iPhone X 的發表,有果粉引頸期盼正式開賣的到來,也有人嫌貴冷眼看待;到 Google 併購 HTC 手機 Pixel 部門,要開始拓展自家的硬體手機大業,近日也推出了 Pixel 2 智慧型手機,行動智慧裝置蔚為風潮的十年來,即便大家早就習以為常不覺新鮮,但可以想見的趨勢,就是其功能和應用會越來越驚人以及成熟。




MIPI 聯盟制定標準規範,簡化日漸複雜的行動裝置開發過程

當行動裝置功能愈趨多元和成熟,像是搭載高畫素的雙鏡頭模組、AR 相機、4K UHD 螢幕、健康體適能感測,甚至是將來的 5G 通訊技術與新一代 GPS 衛星定位晶片等,所有這些介面(包括偵測器,螢幕和相機)都得整合在同一個裝置中。

這就不能不提到 MIPI 聯盟與其制定的行動規格了。MIPI 聯盟成立於 2003 年,最初目的是為行動裝置相機,以及其他多媒體零組件互相聯繫的複雜連接技術提供規格,同時推動智慧型手機產業創新的願景,幫助公司加快設計上市的時間。如今,全世界每台智慧型手機上至少都採用了至少一種 MIPI 的規格。

隨著產品尺寸精巧縮小的趨勢,以及行動裝置連結應用延伸至其他領域,如 PC、車用電子、物聯網等等,MIPI 也持續更新相關規範作為因應。像是 MIPI CSI-2 v2.0 的更新版本 MIPI I3C,還有即將於 2017 年底發布的 MIPI CCS v1.0(相機命令集),他們加入了被廣泛應用的 MIPI CSI-2、MIPI DSI、MIPI RFFE 還有 MIPI 實體層(包含 MIPI C-PHY、MIPI D-PHY 和 MIPI M-PHY),幫助開發人員更容易整合,並減少成本和上市時間。

MIPI 聯盟是開放的會員制的全球合作組織,幫助廠商開發行動裝置和相關開產品。目前在全球已超過 300 個會員公司,在台灣則有 33 個會員公司。

而為了能幫助台灣科技業開發者了解 MIPI 的行動裝置介面規範,MIPI 聯盟特地宣布,將於 2017 年 10 月 31日在新竹舉辦 MIPI DevCon 開發者大會。過去 MIPI 曾在台灣舉辦過會員大會,這次則是首次在台灣舉辦開發者大會。而為期一日的論壇,將提供知識教育、技術訓練以及相互討論交流平台。MIPI 聯盟所推行的介面規範有四大類,提供行動裝置內部有效相互串聯的技術,分別是:多媒體(Multimedia)、晶片到晶片進程間通訊(Chip-to-Chip Inter Process Communications)、控制與數據(Control/Data)、除錯與追蹤(Debug/Trace)。以下我們就先來更新了解一下 MIPI 的介面規範。

▲ MIPI 聯盟四大類介面規範(圖片來源:MIPI Alliance

最近更新的介面規範

MIPI CSI-2 是行動產業中應用最廣泛的相機介面,支援 1080p、4K、8K 的影片以及和高解析度照片,讓使用 CSI-2 的設計人員能夠輕鬆地在行動裝置上實現單鏡頭或多鏡頭相機。該介面還可用在頭戴式 VR 中互連攝影機,汽車智慧應用的資訊娛樂、安全與手勢控制系統,以及空拍機、智慧家電、3D臉部辨識及監控系統等。

CSI-2 v2.0 可以運用在 MIPI 聯盟的 C-PHY 和 D-PHY 兩種實體層。兩種實體層規格都已經更新,來支援新的 CSI-2 v2.0,除了幫助設計人員利用最新升級功能,同時支援向下相容,讓遷移到 CSI-2 v2.0 更方便,減少開發成本並加快新設計的上市時間。

MIPI CSI-2 v2.0 的關鍵增強功能包括:

  1. RAW-16 和 RAW-20 的色彩深度大幅提升了場景內的高動態範圍成像(High Dynamic Range,HDR)和訊號雜訊比(Signal-to-Noise Ratio,SNR),為自駕車系統引入「先進視覺」​​。
  2. 將虛擬通道從 4 個拓展到32個,以適應不斷增加、具有各種數據型態的影像感測器,並支援先進駕駛輔助系統(Advanced Driver Assistance System,ADAS)的多重曝光與不同領域的感測器融合,提升防撞的能力。
  3. 延遲減少和傳輸效率(Latency Reduction and Transport Efficiency,LRTE)讓圖像感測器的效能提升而不用增加系統成本,協助增進即時感知、處理和決策能力,並優化傳輸,降低接線數量、觸發率和功耗。
  4. 差動式脈衝編碼調變(Differential Pulse Code Modulation,DPCM)12-10-12 壓縮可降低頻寬,同時為最關鍵的視覺應用,提供優越訊號雜訊比且無壓縮失真的影像。
  5. 擾頻功能,可降低功率譜密度(Power Spectral Density,PSD)發射,盡量減少無線電干擾,進一步擴展更長通道的範圍。
  6. CSI-2 v2.0 還包括一個雙向、雙線、相容 I2C 的相機指令介面(CCI),主機處理器可以透過高速 D-PHY 或 C-PHY 介面進行圖像流傳輸,並配置和控制相機。

MIPI I3C 是將感測器連接到應用處理器的匯流排介面。它是一種核心感測器整合技術,可以將不同供應商的各個感測器結合在裝置中,不但能將整合流程精簡,也能提高成本效益。從智慧型手機、穿戴式裝置到汽車安全系統,開發者都能透過 I3C 在各種行動產品上進行創新設計。

MIPI I3C 這項技術是基於上一代 I2C 的擴展,應用在標準 CMOS I/O 上,可以整合機械、動作、生物識別、環境,以及任何其他類型的感測器。它同時具備 I2C 以及 SPI(Serial Peripheral Interface,串列週邊介面)的優點:保留了架構簡單的雙線(two-wire)介面,可以減少元件的接腳數和訊號路徑,降低複雜性,並能向下相容 I2C,為系統設計人員提供更大的靈活性;此外,還支援至少 10 Mbps 的高資料傳輸速率(High Data Rate,HDR)模式。

I3C 還包含了多主機支援、動態定址、指令碼相容性以及先進電源管理功能(如睡眠模式)等,並提供同步和非同步時戳(Time-stamping),讓只要是從各種感測器獲取訊號的相關應用,都能提升準確性。它還可以快速批量和傳輸數據,可大幅降低主機處理器的功耗,且與過去相比性能大為提升。I3C 的開發,為產業界帶來了能支援各種不同類型感測器的單一介面技術。

廣泛使用的介面規範

  • MIPI 顯示器串列介面(MIPI DSI-2

MIPI DSI-2 於 2016 年 1 月發布,支援未來行動裝置顯示器所需的超高清(4K)和更高解析度,而解析度的極限則取決於底​​層 MIPI 實體層的可用速度。

MIPI DSI-2 支援跟前身 MIPI DSI 一樣的省電功能,並透過數據加擾(data scrambling)可以降低電磁干擾。此外,MIPI DSI-2 在解析度方面也更具延伸性。

DSI-2 可以在 D-PHY 和 C-PHY 兩種不同的實體層上使用,支援不同的配置,最多可達四個數據通道;此外,DSI-2 使用 MIPI 顯示指令集(Display Command Set,DCS)中所定義的指令集,並且包含影片電子標準協會(Video Electronics Standards Association,VESA)的顯示串流壓縮標準。

雖然 MIPI DSI-2 的特性與 MIPI DSI 非常相似,但其主要區別在於其對 C-PHY 有支援,而且它在 D-PHY 上還向下相容 DSI。

報名 MIPI DevCon 開發者大會

面對行動裝置產業所需的設計,MIPI 聯盟規範提供的標準介面具備三大特點,包括高頻寬性能、低功耗、低電磁干擾(Electromagnetic Interference,EMI),不同領域的開發者們若能受惠於深入認識 MIPI 相關規範與技術。在這次新竹舉辦的開發者大會中,涵跨穿戴式裝置、物聯網、汽車、以及 AR/VR 等領域的 MIPI 專家,將從技術角度分享實際經驗,使用案例和應用實例。參加者還將能享有建立產業交流互動機會與參觀相關產品展示。

(首圖來源:Shutterstock)