一文详解MIPI物理层规范中的M-PHY

本篇主要介绍MIPI物理层规范中的M-PHY，主要包括M-TX和M-RX状态机、M-PHY的配置流程、M-PHY的电气特性等。

MIPI M-PHY专为需要快速通信通道以实现高分辨率图像，高视频帧速率和大型显示器或存储器的数据密集型应用而设计。它是一种多功能PHY，为工程师提供配置选择和跨行业平台开发的能力，以有效地解决多个市场。它可以互连智能手机，可穿戴设备，个人电脑甚至大型系统（如汽车）中的组件。

该规范针对的是特别需要低引脚数，通道可扩展性和功效的应用。主要应用包括连接摄像机，音频，存储，RF和提供芯片到芯片的处理器间（IPC）通信。

MIPI M-PHY使用具有嵌入式时钟的差分信号。它提供两种传输模式，具有不同的比特信号和时钟方案，旨在用于不同的带宽范围，以在更广泛的数据速率范围内实现更好的功效。可达到的峰值传输速率在一个通道上为11.6 Gbps，在四个通道上为46.4 Gbps。每个通道的高带宽可以减少所需的通道数量。此功能对于可穿戴设备和智能手机以及需要在机械铰链内安装互连的笔记本电脑尤其实用。

MIPI M-PHY用作MIPI CSI-3，MIPI DigRF，MIPI LLI和MIPI UniPro协议的物理层。MIPI M-PHY支持这些原生MIPI联盟协议以及来自PC生态系统的协议，以提供允许移动设备和PC之间融合的技术桥梁。使用MIPI M-PHY的PC工业协议包括JEDEC的UFS，PCI-SIG的Mobile PCIexpress和USB IF的SuperSpeed Inter Chip（SSIC）。

MIPI M-PHY与MIPI UniPort-M接口中的MIPI UniPro传输层相结合，用于移动设备中的创新网络实现。

MIPI M-PHY还使设计人员能够灵活地使用光学介质来实现系统内的高速连接。光学实现可以被配置为数米长的物理连接，以支持诸如汽车这样大平台的设计。

M-PHY的通道结构如下图所示：

 

 
 

 

M-PHY使用FIXED-RATIO和FIXED-MINOR两种格式的PWM信号，对于FIXED-RATIO， TPWM_MAJOR和TPWM_MINOR分别占一个bit周期的2/3和1/3；对于FIXED-MINOR，TPWM_MINOR时间固定，TPWM_MAJOR与bit周期成比例。

HS-MODE和LS-MODE支持的速率等级如下表所示：

 

 
 

 

其中LS-MODE为必须支持的模式，有可以分为Type-I和Type-II两种，详细见下图所示：

模式	等级
HS-MODE（Gbps级别速率）		HS-G1：1.25/1.45 Gbps（默认的） HS-G2~4，速率是上一级的两倍
LS-MODE（必须支持）（Mbps级别）	Type-I（PWM signaling）	PWM-G0，可选的 PWM-G1：3~9Mbps（默认的） PWM-G2~7，速率是上一级的两倍
	Type-II(SYS(system-clock synchronous, NRZ  signaling))

 

 

 

 
 

 

1、状态机

高速和低速模式的区别和共性如下：

 

 

M-TX和M-RX的状态机是相似的，但是状态转移条件是不一样的，因此针对两端的状态机分别进行定义。

每种状态机都有两种操作模式：HS-MODE和LS-MODE，每种操作模式又包括一个数据传输状态（BURST）和模式特有的省电状态（SAVE）。

HS-MODE的SAVE状态是STALL，LS-MODE的省电状态是SLEEP。LS-MODE的BURST状态包括Type-I型的PWM-BURST和Type-II型的SYS-BURST。LS-MODE的Type-I型多一个LINE-CFG状态。每种模式的状态如下：

• HS-MODE: STALL, HS-BURST
• LS-MODE(Type-I MODULE): SLEEP, PWM-BURST, LINE-CFG
• LS-MODE(Type-II MODULE): SLEEP, SYS-BURST

其中，BURST状态和LINE-CFG状态包含子有限状态机。

 

 
 

 
 

 

每种状态机包括五种SAVE状态：一种每种操作模式特定的SAVE状态，一种超低功耗下的状态（HIBERN8），两种系统控制的省电状态，分别如下：

• STALL(HS-MODE)
• SLEEP(LS-MODE)
• HIBERN8(Ultra-low power state where configuration is retained)
• DISABLED(POWERED, but not enabled due to a Power-on Reset, or alocal RESET via the Protocol Interface (Type-II MODULE only))
• UNPOWERED(No power supply)

此外，还有两种特殊用途的BREAK状态：

• LINE-RESET(Embedded remote reset via the LINE)
• LINE-CFG(Configuration for Media Converters; Type-I MODULE only)

最后是两种全局通用的状态：

• POWERED (any state in the state machine, except UNPOWERED)
• ACTIVATED (all states within HS-MODE or LS-MODE taken together)

Type-I MODULE的特性如下:

• PWM self-clocked LS signaling
• Operation with independent local reference clocks; might benefitfrom shared reference clock if available
• Fully embedded control within the LANE (additional auxiliary signalsare not required)
• Support for Media Converters in the LINE

 

 

 
 

 

Type-II MODULE的特性如下:

• System-Clock-Synchronous LS signaling (SYS)
• Requires availability of a shared reference clock
• Partially embedded control within the LANE (some state transitionsrequire additional auxiliary control signals)

 

 

 
 

 

2、配置

M-PHY的配置流程包括：

• DISCOVERY: Read MODULE capabilities, and determine desired, commonlysupported configuration settings.
• PHY CONFIG: Request to change MODULE configuration settings.
• EFFECTUATE: Update the MODULE configuration settings.

 

 

 
 

 

3、电气特性

电气特性说明中用到的缩写如下表：

 

 
 

 

3.1、M-TX电气特性

发送端有两种驱动强度：largeamplitude和smallamplitude，M-TX至少支持一种，如果支持两种，则默认配置为Large Amplitude.

 

 
 

 
 

 
 

 
 

 
 

 

3.2、M-RX电气特性

 

 
 

 
 

 
 

 
 

 
 

 

3.3、互连电气特性

 

 
 

 

3.4、功耗等级

 

 
 

 
 

 

以上就是针对M-PHY的介绍，主要包括M-TX和M-RX状态机、M-PHY的配置流程、M-PHY的电气特性等。详细可参考《MIPI M-PHY® v4.1, 28-Mar-2017》，其中有详细介绍。

编辑：hfy