‌基于Microchip MIPI CSI-2 Transmitter FMC卡的技术解析与应用实践

Microchip Technology VIDEO-DC-MIPITX CSI-2 MIPI Transmit FMC卡采用PolarFire^®^ 和PolarFire SoC FPGA。VIDEO-DC-MIPITX支持收发器，允许基于GPIO的IP解决方案支持高达每通道2.5Gbps的数据速率，并有助于4K视频数据传输。移动产业处理器接口 (MIPI) CSI-2（相机串行接口）发射器是摄像机系统的一个基本要素，支持将视频和图像数据从传感器快速传输到处理设备。CSI-2由MIPI联盟开发，是广泛用于智能手机、汽车和无人机的标准接口。

数据手册：*附件：Microchip Technology VIDEO-DC-MIPITX CSI-2 MIPI Transmit FMC卡数据手册.pdf

Microchip VIDEO-DC-MIPITX CSI-2 MIPI Transmit FMC卡支持1至4个数据通道进行高速传输，并利用D-PHY进行通信。它可以灵活地处理原始、压缩和元数据格式，实现惊人的数据速率，特别是多通道。该稳健协议利用基于数据包的系统，具有命令和握手功能，实现可靠的数据传输。该发射器设计用于实现低功耗，对于电池供电设备至关重要，并可适配各种分辨率和帧速率。MIPI CSI-2发射器在现代摄像头技术中发挥着关键作用，能够高效、高质量地捕获和传输视觉数据。

特性

• 以每通道2.5Gbps传输数据，用于4K60分辨率
• 1个VITA 57.1标准HPC FMC连接器
• 单字节和双字节输出模式

MIPI Transit解决方案框图

布局

MIPI Transit FMC演示设置

‌基于Microchip MIPI CSI-2 Transmitter FMC卡的技术解析与应用实践‌

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‌一、MIPI CSI-2 Transmitter技术概述‌

MIPI CSI-2（Camera Serial Interface）是一种广泛应用于移动设备、汽车电子及无人机等领域的标准化图像传输协议。Microchip的VIDEO-DC-MIPITX FMC卡通过PolarFire FPGA实现了高性能的CSI-2视频发射功能，支持以下核心特性：

• ‌多通道配置‌：1至4数据通道（Lane），支持最高2.5 Gbps/通道的传输速率，可满足4K@120fps RAW8视频传输需求。
• ‌灵活的数据格式‌：兼容Raw-8/10/12/14/16及RGB-888等多种像素格式，适配不同传感器输出。
• ‌低功耗设计‌：采用D-PHY物理层协议，优化功耗表现，适合电池供电设备。
• ‌双输出模式‌：支持One Byte（IOD接口）和Two Byte（Transceiver接口）模式，后者通过XCVR实现更高带宽。

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‌二、硬件架构与设计实现‌

‌1. 系统框图‌

• ‌视频源模块‌：集成测试图案生成器（Test Pattern Generator）和显示控制器（Display Controller），模拟摄像头输出Bayer格式数据。
• ‌MIPI TX IP核‌：负责将像素数据按D-PHY规范封装为数据包，并通过XCVR通道传输。
• ‌时钟管理‌：依赖TX PLL生成字节时钟（Byte Clock）和相位偏移的比特时钟，确保多通道同步。
• ‌参考设计示例‌：
  • ‌2通道配置‌：800 Mbps/通道，支持1080p@30fps（Raspberry Pi 4作为接收端）。
  • ‌4通道配置‌：2.5 Gbps/通道，实现4K@120fps（需搭配MIPI分析仪验证）。

‌2. 关键硬件配置‌

• ‌XCVR接口‌：
  • 每个数据通道需占用1个XCVR Lane，时钟信号额外占用1 Lane（总计n+1 Lane）。
  • 启用TX Lane Alignment功能确保跨Quad通道对齐。
• ‌测试图案生成‌：支持8种模式（如彩色网格、单色填充、渐变条等），用于验证视频流水线稳定性。

三、开发资源与注意事项‌

• ‌设计工具‌：需Libero SoC 2024.1及以上版本，配套Tcl脚本可快速部署参考设计。
• ‌调试建议‌：
  • 若数据接收失败，检查FMC卡连接器及电源配置（如Bank电压需设置为2.5V）。
  • 跨Quad时钟偏移问题可通过PLL相位调整优化。
• ‌文档支持‌：参考AN5494应用笔记中的“Resource Utilization”章节（DFF:2806, LUT:5469），合理规划FPGA资源。