实现紧凑设计中的平顺互连

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工程师在为移动设备和受移动影响的设备开发创新设计时必须紧紧把握众多并发的趋势。比如硅片的微型化、每秒千兆位的数据速率、物联网以及人们对模块化架构的新兴趣等趋势，正在为改进功能和创造新的设计效率带来巨大的机会。

与这些趋势相关的一个挑战是需要简化连接设备芯片组和外围元件的电气接口。本文将讨论能够满足这些关键需求的一种通用传输层协议MIPI UniPro(统一协议)。MIPI UniPro可以简化智能手机、平板电脑、笔记本电脑、照相机和多媒体设备、各种类型的智能手表、健康监视仪以及作为物联网一部分进入市场的各种创新产品所要求的互连。

MIPI UniPro：协议的目的和市场中的应用

MIPI UniPro是由MIPI联盟开发的、为交换型数据包传输规定的一个传输层协议栈。在MIPI M-PHY物理层上实现时就形成了MIPI UniPort-M接口。

正如名字的含义表明的那样，MIPI UniPro是一种统一的协议。它并不像常规协议那样针对特定的应用。它从一开始就是设计作为一种通用的轻量级协议，并且专门针对移动设备具有卓越的协议效率。它也不像为PC行业开发的其它著名传统协议那样有很大的开销，因为在PC行业里功耗通常不是工程师关心的重点。MIPI UniPro可以作为一种独立接口用于处理器之间的通信(IPC)，或作为一种构建模块用于多媒体接口。它还可以与其它MIPI或非MIPI应用层协议一起使用。

MIPI UniPro和MIPI M-PHY的通用性可以从采用这些规范的组织机构类型可见一斑。JEDEC组织使用UniPort-M为其通用闪存(UFS)规范提供基础。谷歌使用UniPort-M将组成其Project Ara智能手机平台的模块连接在一起。MIPI相机串行接口(MIPI CSI-3)使用UniPort-M接口将相机和应用处理器连接在一起。

MIPI UniPro规范的历史

MIPI UniPro最初版本是2007年推出的，当前版本是v1.6，发布于2013年9月。

MIPI UniPro从2004年就开始在行业中发挥作用了，当时MIPI联盟成立了MIPI UniPro工作组，致力于开发一种能够满足广泛需求的可互操作接口。该工作组的目标是用一种协议栈支持种类广泛的元件类型和数据业务；减少和标准化设备之间众多的物理链路，从而为设计模块化铺平道路，达到缩短新手机的设计和制造周期的目的；简化关键元器件的系统集成；确保所有版本的后向兼容性，使规范永不过时。

借助用例场景突出关键技术性能

下面对MIPI UniPro-M可以满足如此多不同接口需求的一些技术性能作了总结。

通用物理链路：MIPI UniPort-M使得在一条物理链路上使用多个逻辑通道成为可能。一个所谓的Cport可以用作多达2047个逻辑通道中每个通道的双向应用出入口。每个逻辑通道上的应用消息先被分段，接着加上UniPro帧头和帧脚发送出去，并在M-PHY物理通道上以时间复用的方式进行传输，如图1所示。

图1：UniPro帧复用例子。

因此一个物理通道就可以用来支持连接多个应用(比如显示、音频、控制、存储和其它应用)所需的逻辑。换句话说，单个应用出于多个目的可以共享一个双向CPort通道：举例来说，一台显示设备可以使用一个CPort通道连接到显示器，并使用反向通道传输触摸屏数据(图2)。

图2：使用MIPI UniPort-M作为进入媒体模块的一个公共传输通道。

调整链路速度和改变功耗模式

MIPI UniPort-M可以提供可变的链路速度，并能够通过动态地改变速度来优化性能，同时有效地管理功耗。一条双向UniPort-M链路主要通过它的工作模式、变速装置及可用通道数量进行表征。慢速(SLOW MODE)模式针对低功耗传输进行了优化；通道通常没有端接，可以支持7种不同的速度，范围从每通道3Mbps到576Mbps。在快速(FAST MODE)下支持从每通道1.5Gbps开始的三种不同速度，它们之间呈翻倍的关系，最高是每通道6Gbps。在两个方向上提供非对称设置的带外或带内链路最多可支持并行的4个通道。SLOW和FAST模式可以与AUTO功能结合在一起，后者可以在数据业务间隙控制M-PHY BURST的关闭及因此产生的链路功率。在完全没有数据业务的情况下，睡眠(HIBERNATE)模式可以驱动整条链路进入超低功耗状态。

UniPro提供了一个较低层的链路协议，不需要边带信号就可以完成链路的动态管理(图3)。一端的应用程序使用所谓的POWERMODE消息控制整条双向链路设置，这个消息将为Mode、Gear和众多在用通道申请新的链路设置，包括带内和带外链路。应用请求需要完成一致性检查，然后通过UniPro的独特PHY适配器配置协议(PACP)与对端进行通信。这里再次执行一致性检查，对新设置的认可消息将返回给申请者。然后将设置同时应用于本地设备和对端设备。在配置过程中应用数据业务暂时停止，配置本身只需几个微秒的时间，因此允许频繁的动态变化来适应应用的功耗规划。

图3：通过PACP实现的动态带内链路管理。

媒体转换器：MIPI UniPort-M允许数据通过光纤或铜缆从一个节点传输到另一个节点。基于MIPI M-PHY的UniPro支持使用带内M-PHY配置实现媒体转换器(MC)的控制。媒体转换器有助于改善更长距离上的信号完整性，还可以提高电磁兼容性能。

未来更多的改进

MIPI UniPro工作组一直在不断改进MIPI UniPro。下一个版本规范有望在2016年年中发布，届时将与新发布的MIPI M-PHY物理层集成在一起。M-PHY v4.1将引入高速GEAR 4功能，与前版规范相比最大数据速率将翻倍，因此可以工作在11.6Gbit/秒/通道或4通道46.4Gbit/s。这个翻倍的数据速率将帮助设计师提供更高的吞吐量，和/或减少通道数据来降低成本。

当前v1.6版本的MIPI UniPro是一种点对点接口。然而，UniPro设计时是考虑了对网络的基本支持的，而且市场中确实有网络方面的使用需求。举例来说，谷歌的Project Ara就在MIPI UniPro v1.6基础上开发一个网络交换机，用于在多个MIPI UniPro点对点连接间传输数据包。因为MIPI UniPro传输层没有定义各个点之间的主/从关系，因为这样的网络可能有一个以上的主应用设备。这种经验可能是在移动手机中创建模块网络的第一次尝试，可能刺激在未来版本的MIPI UniPro规范中定义相关功能的兴趣。