利用fpga橋接DSI與CSI-2到傳統(tǒng)總線解決方案

　　在二十世紀(jì)九十年代，PC毫無(wú)疑問(wèn)是最高性價(jià)比的平臺(tái)，其他領(lǐng)域的工程師意識(shí)到如果在他們的非PC應(yīng)用中采用PC元件，他們可獲益于這些低成本和高可靠性的元件。眾多嵌入式設(shè)計(jì)師發(fā)揚(yáng)了這種做法，為終端消費(fèi)者提供更大的價(jià)值。在過(guò)去的幾年里，PC已經(jīng)不再是可以利用的高性價(jià)比平臺(tái)?，F(xiàn)在，智能手機(jī)和平板電腦成為了市場(chǎng)主宰，而PC市場(chǎng)正在萎縮。正如先前的設(shè)計(jì)師采用低成本的PC元件，如今的工程師同樣希望使用為智能手機(jī)和平板電腦開(kāi)發(fā)的元器件獲得同樣良好的效果。

　　現(xiàn)在市場(chǎng)上絕大多數(shù)的智能手機(jī)和平板電腦使用的總線和接口是由移動(dòng)產(chǎn)業(yè)處理器接口（mipi）聯(lián)盟定義的。mipi聯(lián)盟成立于2003年，通過(guò)為各種移動(dòng)系統(tǒng)外設(shè)，如圖像傳感器、存儲(chǔ)器、顯示屏、RF元件和其他移動(dòng)平臺(tái)上的器件與應(yīng)用處理器間的標(biāo)準(zhǔn)硬件和軟件接口制定技術(shù)規(guī)范來(lái)推動(dòng)元件間互連的發(fā)展。圖2 展示了典型的移動(dòng)平臺(tái)mipi標(biāo)準(zhǔn)接口。

　　顯示屏、攝像頭和應(yīng)用處理器可能是嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)者們能夠從移動(dòng)市場(chǎng)中獲益最多的mipi標(biāo)準(zhǔn)元件。正如圖2 展示的，如今的移動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)常常包含使用顯示屏串行接口（DSI）的LCD顯示屏和采用攝像頭串行接口（CSI-2）的攝像頭圖像傳感器。嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)者們面對(duì)的主要挑戰(zhàn)是如何構(gòu)建嵌入式應(yīng)用中經(jīng)常使用的成熟接口和移動(dòng)系統(tǒng)中mipi聯(lián)盟定義的接口間的橋接，以充分利用這些成本更低的移動(dòng)應(yīng)用元件。

　　絕大多數(shù)的智能手機(jī)和平板電腦使用mipi標(biāo)準(zhǔn)組織定義的總線和接口。例如，顯示屏顯示接口稱為DSI（顯示串行接口），圖像傳感接口稱為CSI-2（攝像機(jī)串行接口）。mipi標(biāo)準(zhǔn)組織定義應(yīng)用處理器和眾多外圍設(shè)備的互連，包括圖像傳感器、存儲(chǔ)器、顯示屏、射頻元件和傳感器等等。一些嵌入式設(shè)計(jì)師甚至想將應(yīng)用處理器作為他們構(gòu)建系統(tǒng)的核心。很不幸的是很多這樣的設(shè)計(jì)無(wú)法實(shí)現(xiàn)，因?yàn)楝F(xiàn)有的軟件和功能專為沿用幾代的嵌入式處理器而開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)這些設(shè)計(jì)要承擔(dān)過(guò)高的成本。不過(guò)仍然有一些設(shè)計(jì)還是想利用智能手機(jī)和平板電腦中的其他元件。實(shí)現(xiàn)這些設(shè)計(jì)時(shí)面臨的最主要挑戰(zhàn)是連接，需要將已成熟應(yīng)用的接口橋接至大量的mipi標(biāo)準(zhǔn)總線，例如DSI。

　　為了更好地說(shuō)明，讓我們想象一個(gè)進(jìn)行了大量軟件開(kāi)發(fā)和資金投入的微控制器。假設(shè)這個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)者想要繼續(xù)使用這個(gè)微控制器，同時(shí)又期望能夠驅(qū)動(dòng)移動(dòng)設(shè)備中的顯示屏。用于顯示屏的DSI接口是串行的SLVS信號(hào)總線。問(wèn)題在于微控制器使用的是CMOS RGB或者LVDS flatlink總線來(lái)連接LCD顯示屏。這和DSI接口是不兼容的，因此這兩個(gè)器件無(wú)法正常工作。

　　之前，設(shè)計(jì)師只能放棄在嵌入式設(shè)計(jì)中使用低成本DSI顯示屏的想法，除非用于橋接的ASIC的成本是合理的。這并不是個(gè)例，在大量主流的設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)師不得不采用昂貴的顯示屏。幸運(yùn)的是，現(xiàn)在已經(jīng)有低成本、易于配置的解決方案可以解決這個(gè)問(wèn)題。事實(shí)上這些解決方案允許幾乎所有的嵌入式設(shè)計(jì)采用低成本的DSI顯示屏。

　　萊迪思最近發(fā)布的一套解決方案利用超低密度（ULD）fpga橋接mipi DSI和CSI-2接口到大量的傳統(tǒng)總線。這些低成本、低功耗的fpga產(chǎn)品和mipi參考設(shè)計(jì)被設(shè)計(jì)用來(lái)構(gòu)建一個(gè)理想的橋接芯片，能將DSI顯示屏連接至各種嵌入式微處理器或者微控制器。

　　舉一個(gè)例子，我們假設(shè)想要使用的微控制器帶有CMOS RGB888（24位色彩總線）顯示接口。第一步需要確認(rèn)如何對(duì)DSI顯示屏的配置存儲(chǔ)器進(jìn)行編程。大多數(shù)情況下微控制器通過(guò)I2C總線進(jìn)行配置。但是DSI不能接受I2C對(duì)顯示屏進(jìn)行配置。DSI通過(guò)串行數(shù)據(jù)通道D0接收顯示指令設(shè)置（DCS）。于是，fpga需要將微控制器發(fā)出的I2C指令轉(zhuǎn)換為一系列DCS指令來(lái)配置DSI顯示屏。一旦對(duì)顯示屏的編程完畢，fpga就配置為接收RGB888接口的數(shù)據(jù)。假設(shè)RGB888總線輸出的分辨率與DSI顯示屏的分辨率一樣，下一步就需要將并行總線轉(zhuǎn)換成串行DSI總線。如果微控制器輸出的分辨率和顯示屏的分辨率不一樣，fpga可對(duì)圖像進(jìn)行縮放。在這兩種情境下，都必須要對(duì)DSI接口的數(shù)據(jù)輸出通道的數(shù)量進(jìn)行配置。配置完成后，ULD fpga將輸出一個(gè)DSI發(fā)送接口來(lái)驅(qū)動(dòng)DSI顯示屏。

　　當(dāng)面臨應(yīng)用處理器與非 DSI標(biāo)準(zhǔn)的LCD顯示屏的互連需求時(shí)，又該如何實(shí)現(xiàn)？雖然有一些應(yīng)用處理器擁有不止一種顯示屏接口總線，但其中大多數(shù)只采用DSI標(biāo)準(zhǔn)。于是在先前章節(jié)中討論過(guò)的類似挑戰(zhàn)又出現(xiàn)了。需要應(yīng)用處理器將其DSI信號(hào)輸出到LCD顯示屏，類似于LVDS flatlink總線。相同的ULD fpga也可用作此類橋接的解決方案。在這種類型的設(shè)計(jì)中，DSI將作為fpga的輸入總線，LVDS顯示屏由fpga驅(qū)動(dòng)。

　　現(xiàn)在設(shè)計(jì)師們可以使用低成本的ULD fpga器件橋接至DSI和CSI-2接口，這樣就能使用大量移動(dòng)設(shè)備中的元件實(shí)現(xiàn)獨(dú)一無(wú)二的設(shè)計(jì)。正如在PC時(shí)代采用PC元件協(xié)助嵌入式設(shè)計(jì)降低成本，在萊迪思半導(dǎo)體公司推出的ULD fpga器件和DSI與CSI-2解決方案的幫助下，設(shè)計(jì)師也可從使用各種移動(dòng)設(shè)備元件中獲益，例如顯示屏、應(yīng)用處理器和圖像傳感器。