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Bus MIPI DSI-1/CSI-2 debug con l'oscilloscopio digitale

Standard MIPI

Diversamente da altri standard trattati in questo documento, presenti nel mercato da decenni, gli standard MIPI (mobile Industry Processor Interface) sono relativamente nuovi e, in alcuni casi, ancora in evoluzione. La MIPI Alliance (www.mipi.org) ha completato differenti specifiche che sono state adottate da numerosi dispositivi portatili. Due di esse, DSI-1 e CSI-2, sono specifiche a livello di protocollo riguardo il modo in cui l’informazione viene trasmessa tra un processore host e un chip display (DSI-1) e un processore host e un chip camera (CSI-2). Entrambi i protocolli utilizzano la stessa interfaccia fisica chiamata D-PHY, anch’essa sviluppata da MIPI Alliance.

MIPI DSI-1/CSI-2: come funziona

Il layer fisico D-PHY specifica un link seriale ad alta velocità tra un processore host e un altro dispositivo, come un display o una fotocamera. Una configurazione minima di bus consiste in un clock e in un collegamento dati; tuttavia, possono essere utilizzati sul bus fino a quattro link di dati per incrementare la larghezza di banda. I bus operano in uno dei due modi: a basso consumo e ad alta velocità. La modalità a basso consumo usa una segnalazione single-ended e include il clock nei dati.

È di solito utilizzata per scopi di controllo e di comando e ha una velocità massima di trasferimento dati di 10 Mb/s. La modalità ad alta velocità, invece, usa una segnalazione differenziale e viene usata per trasferimenti veloci di dati. Per esempio, un’informazione di sincronizzazione verticale e orizzontale del display di un cellulare può essere trasmessa in modalità a basso consumo perché è necessario trasmettere poche informazioni e quindi sono sufficienti basse velocità; tuttavia, il contenuto video sullo schermo del telefono richiede trasferimenti di dati grandi e veloci per supportare i display ad alta risoluzione presenti sul mercato e quindi è necessario utilizzare una modalità ad alta velocità.

Mentre l’attuale velocità massima di trasferimento dati in alta velocità è implementata nella specifica, il bus opererà in un range compreso 80 Mb/s – 1 Gb/s per corsia. I protocolli DSI-1 e CSI-2 specificano che l’informazione viene trasmessa attraverso il layer fisico D-PHY utilizzando una combinazione di pacchetti corti e paccheti lunghi. I pacchetti corti sono di solito utilizzati per informazioni di comando e di controllo, come la sincronizzazione e la configurazione, mentre i pacchetti lunghi vengono utilizzati per i contenuti video. I pacchetti corti sono strutturati nel seguente modo, visibile anche in figura

- Data Identifier: otto bit che includono i campi Virtual Channel e Data Type, che verranno discussi di seguito

- Virtual Channel: il campo del canale virtuale specifica per quale dispositivo sul bus è inteso il pacchetto, quando più di un dispositivo si trova sul bus. Con due bit, possono condividere il bus fino a quattro dispositivi su un singolo bus.

- Data Type: questi sei bit specificano che tipo di comando o di azione viene inviato, che cosa rappresenta il dato nel campo Packet Data e come esso è strutturato.

- ECC: questo è un campo per la correzione dell’errore che attiva singoli errori di bit per essere corretto e errori a due bit per essere individuato nei pacchetti corti. I pacchetti lunghi hanno più campi e sono strutturati in questo modo, come mostrato in figura.

Virtual Channel, Data Type e ECC sono gli stessi dei pacchetti corti, mentre le differenze consistono in:

- Word Count: in un pacchetto lungo, il conto delle parole sostituisce i dati del pacchetto. Questo valore a 16 bit specifica il numero di byte inclusi nel carico di dati.

- Payload: questo campo è tipicamente utilizzato per inviare grandi quantitativi di dati video attraverso numerosi formati video. Ogni formato ha il suo proprio DataType.

- Checksum: questo campo controlla gli errori nel Payload

Debug dei bus MIPI DSI-1 e CSI-2 con l'oscilloscopio digitale

L’applicazione SR-DPHY abilita la decodifica dei bus DSI-1 e CSI-2. Per configurare un bus, basta andare sul menu di setup del bus, selezionare Serial, e quindi scegliere o MIPI DSI-1 o MIPI CSI-2. Nello screenshot qui sotto è stato selezionato DSI-1 

Per configurare il bus c’è bisogno di specificare i tipi di canali (analogico o digitale) e le sonde utilizzate per il bus. Quando si utilizzano canali analogici, viene presa una sonda differenziale per il controllo del clock,mentre si ricorre a due sonde single-ended per controllare la corsia dei dati.

La sonda differenziale P6780 attiva la serie MS=70000C per verificare una o più corsie utilizzando i canali digitali. Un canale viene utilizzato per sondare il clock, un canale sonda il segnale differenziale D+/D-, un canale sonda il segnale single-ended D+/GND ed un canale sonda il segnale single-ended D-/GND. Quindi, sono necessari tre canali analogici o quattro canali digitali per sondare una singola corsia DSI-1 o un’implementazione CSI-2.

Una volta configurata e messa a schermo, la scheda del bus mostra tutti i componenti decodificati di entrambi i pacchetti corti e lunghi, così come altri tipi di comunicazioni tra cui BTA (Bus Turn Around) e EMC (Escape Mode Commands). Di default, i campi Virtual Channel e Word Count sono mostrati in decimali. Il campo Data Field indica il tipo di pacchetto. ECC e Checksum sono entrambi mostrati in esadecimale. Infine, per tipi di dati definiti, il campo Payload decodifica i dati trasmessi in informazioni rilevanti.

Nell’esempio mostrato sopra, il primo valore di pixel trasmesso nel Payload ha un valore RGB di 255, 216 e 0. Con l’applicazione SR-DPHY e l’oscilloscopio appropriato della serie MSO/DPO, è possibile decodificare e vedere i pacchetti del bus seriale DSI-1 e CSI-2, analizzarli e correlarli ad un’altra attività nel proprio dispositivo.

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L'articolo è tratto da Debugging Serial Buses in Embedded System Designs di Gina Bonini Technical Marketing Manager @Tektronix.

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