MIPI-CSIDSI简介及信号和协议测试方法

-11-2012年3月第31卷第3期中国科技核心期刊前沿技术图1智能手机图2MIPI组织智能移动通信设备的内部架构图3MIPI应用接口MIPICSI/DSI简介及信号和协议测试方法李凯安捷伦科技（中国）有限公司1MIPICSI/DSI简介对于现代的智能手机来说，其内部要放入太多各种不同接口的设备，给手机的设计和元器件选择带来很大的难度。图1是一个智能手机的例子，可以看到其内部存储、显示、摄像、声音等内部接口都是各不相同的。即使以摄像头接口来说，不同的摄像头模组厂商也可能会使用不同的接口形式，这给手机厂商设计手机和选择器件带来了很大的难度。MIPI（mobileindustryprocessorinterface）是2003年由ARM，Nokia，ST，TI等公司成立的一个联盟（），目的是把手机内部的接口如摄像头、显示屏接口、射频/基带接口等标准化，从而减少手机设计的复杂程度，增加设计灵活性。MIPI联盟下面有不同的WorkGroup，分别定义了一系列的手机内部接口标准，比如摄像头接口CSI、显示接口DSI、射频接口DigRF、麦克风/喇叭接口SLIMbus等。统一接口标准的好处是手机厂商根据需要可以从市面上灵活选择不同的芯片和模组，更改设计和功能时更加快捷方便。MIPI组织主要致力于把移动通信设备内部的接口标准化从而减少兼容性问题并简化设计。图2是按照MIPI组织的设想未来智能移动通信设备的内部架构。目前已经比较成熟的MIPI应用有摄像头的CSI接口、显示屏的DSI接口以及基带和射频间的DigRF接口，如图3所示。UFS、LLI等规范正在逐步制定和完善过程中。CSI/DSI的物理层（PhyLayer）由专门的WorkGroup负责制定，其目前采用的物理层标准是-12-2012年3月第31卷第3期中国科技核心期刊前沿技术图4D-PHY配置图5示波器捕获的MIPI信号图6RTBD-PHY，如图4所示。D-PHY采用1对源同步的差分时钟和1～4对差分数据线来进行数据传输。数据传输采用DDR方式，即在时钟的上下边沿都有数据传输。D-PHY的物理层支持HS（highspeed）和LP（lowpower）2种工作模式。HS模式下采用低压差分信号，功耗较大，但是可以传输很高的数据速率（数据速率为80M～1Gbps）；LP模式下采用单端信号，数据速率很低（10Mbps），但是相应的功耗也很低。2种模式的结合保证了MIPI总线在需要传输大量数据（如图像）时可以高速传输，而在不需要大数据量传输时又能够减少功耗。图5是用示波器捕获的MIPI信号，可以清楚地看到HS和LP信号。由于MIPID-PHY的信号比较复杂，要保证接口信号和协议的一致性需要很复杂的测试。为了提高测试的效率，Agilent提供了基于示波器和逻辑分析仪的MIPID-PHY测试平台。2MIPICSI/DSI物理层（D-PHY）的信号质量测试方法MIPID-PHY的信号质量的测试方法主要参考MIPI协会发布的CTS（D-PHYphysicallayerconformancetestsuite)。要进行MIPI信号质量的测试，首先要选择合适带宽的示波器，按照MIPI协会的要求，测试MIPI的信号质量至少需要4GHz带宽的示波器。为了提高测试的效率，测试中推荐采用4支探头分别连接clk+/clk-和data+/data-信号进行测试，对于有多条Lane的情况可以每条Lane分别测试。对于MIPI模组或芯片的测试可以根据MIPI协会推荐的方法设计评估板TVB（testvehicleboard）并结合协会提供的RTB（referenceterminationboard）进行信号测试，如图6所示。而对于系统厂商如手机厂商等，由于系统设计已经完成，要进行MIPI的信号测试只能使用焊接或点测探头连接PCB上的实际信号进行测试，以下是典型的连接图，如图7所示。测试系统的核心是Agilent的U7238AMIPI一致性测试软件平台，软件采用图形化的界面指导用户完成测试参数的设置和连接，并自动完成信号质量的测试和测试报告的生成。图8是软件的设置界面和测试报告。除了做信号质量的测试以外，为了方便复杂问题的调试和分析，Agilent还在示波器上提供了N8802A的MIPID-PHY的协议触发和解码方案，通过简单的设置就可以实现对CSI/DSI协议的解码分析，可以方便-13-2012年3月第31卷第3期中国科技核心期刊前沿技术图7连接图图8软件设置界面和测试报告用户发现隐藏在上层协议里的问题故障。图9是其设置和解码的界面。以下是MIPID-PHY信号质量测试推荐的测试配置：宽带示波器：DSO9404A；MIPID-PHY信号质量测试软件：U7238A信号一致性测试选件;复杂信号分离软件：N5415BInfiniiScan选件；MIPID-PHY协议触发和解码软件：N8802ACSI/DSI解码选件；有源探头放大器：1132A×4；探头放大器前端附件：E2669A×4。3MIPICSI/DSI的协议测试方法对于从事MIPICSI/DSI的芯片和外围模块开发的用户来说，需要的是能够全面地验证被测件的功能及在各种可能出现的情况下的表现，这仅仅依靠示波器里提供的信号质量分析和协议解码功能就不太够了。为此，Agilent还为此提供了全套的MIPICSI/DSI的协议分析和信号激励方案。这套协议测试方案以16800/16900系列逻辑分析仪、N4861BMIPICSI/DSI数据激励模块、N4851BMIPICSI/DSI协议分析模块构成，如图10所示。逻辑分析仪用于生成复杂的CSI/DSI的数据包，并对捕获到的数据包进行解包分析。N4861B用于把逻辑分析仪产生的数据包按CSI/DSI的信号格式和电平送给-14-2012年3月第31卷第3期中国科技核心期刊前沿技术图10协议测试方案图9设置和解码的界面被测件，N4851B用于捕获实际CSI/DSI数据线上的信号并送给逻辑分析仪进行数据解析。以下是激励模块N4861B的主要指标：支持的数据速率：80M～1Gbps（HS模式）；800K～10Mbps（LP模式）支持的通道数：3条LaneHS模式高电平范围：+150~+450mVHS模式低电平范围：-17~217mVLP模式高电平范围：800mV~3.3VLP模式低电平范围：-100~+100mVSlewRate控制：Fast,medium,slow,slowest波形时序控制：CLK-POSTtiming；CLK-PREtiming；CLK-PREPAREtiming；CLK-TRAILtiming；CLK-ZEROtiming；HS-EXITtiming；HS-PREPARE；HS-Zero；HS-TRAIL；LPX；TA_Get；TA_GO；工作模式：Master支持的协议规范：MIPID-PHY0.89,0.90,1.00以下是分析模块N4851B的主要指标：支持的数据速率：80M～940Mbps（HS模式）；最大10Mbps（LP模式）支持的通道数：4条LaneHS信号灵敏度：100mVLP信号高电平范围：800mV~3.3V支持的协议规范：MIPID-PHYDSI1.01；MIPID-PHYCSI-21.00CSI/DSI的数据包结构非常复杂，而且LP和HS信号同时存在。为了方便用户快速生成测试数据，测试过程中可以使用逻辑分析仪里面安装的D-PHYDSI数据产生软件来方便地生成需要的测试数据，比如把一副现成的BMP图像文件直接插入到测试数据包里。总线上实际的数据可以用协议分析模块捕获分析。为了直观地发现总线上的错误，分析软件除了可以对数据包结构内容进行解码以外，还提供了图像提取功能，即可以从DSI/CSI的数据包里把其传输的图像数据直接提取出来，方便了测试结果的分析。图11是一个进行显示屏的DSI总线功能测量的一个例子。图12是用这套系统仿真Camera对手机的应用处理器的CSI功能进行测试的一个例子。表1是MIPICSI/DSI协议测试推荐的配置。4总结在进行完信号质量、协议功能或各个模块单独的测试以后，在系统测试时问题可能会更加复杂，针对这种需求，Agilent还提供了覆盖信号质量-15-2012年3月第31卷第3期中国科技核心期刊前沿技术图13系统调试和测试方案图11DSI总线功能测量图12CSI功能测试表1MIPICSI/DSI协议测试推荐配置D-PHY协议分析测试数量16901A2-slotLogicAnalysisSystemMainframe,15-inchDisplaywithTouchScreen116950B68-channel,4GHztiming,667MHzstate,1Mdeeplogicanalysismodule116950B-004Increaseacquisitionmemorydepthto4M1E5378AProbe,34channelsingle-endedSamtecconnector,connectsto90-pinLAcable2N4851BMiPiDPhyacquisitionprobe4lane1E5381AProbe,17-channeldifferentialflyingleads,connectsto90-pinLAcable2E5382AProbe,17-channelsingle-endedflyingleads,connectsto90-pinLAcable2D-PHY信号激励需要增加的模块16720APatterngenerator,300MVector/sec1N4861BMiPiDPhystimulusprobe3lane1N4861B-040SMAcablesforuseupto500Mpbs,40IN,2setsof41和协议、功能验证的系统调试和测试方案，如图13所示。即用协议分析仪产生激励并进行协议分析，用示波器同时捕获总线上的模拟信号波形，协议分析结果和模拟信号波形都可以放在逻辑分析仪上同时显示，这对于复杂数模混合问题的分析会更加方便。逻辑分析仪和示波器的连接也非常方便，通过Agilent的ViewScope功能，只需要1根交叉网线和2根BNC电缆即可以把两者方便互连。综上可见，MIPICSI/DSI是智能手机里的一个全新接口，其测试也比较复杂，Agilent针对其测试提供了从底层信号质量到上层协议、功能测试等全套的解决方案。通过这些测试手段的综合使用，可以大大加快MIPICSI/DSI的开发进程。