MIPI Specification for D-PHY v3.5(二) 全局操作

本文主要直译了MIPI D-PHY的规范，基于v3.5的版本。在正文中，译者会添加部分解释，并补充新版本中的差异部分，这部分内容会以引用的形式出现。为了方便对比阅读，章节的顺序和编号，与原文保持一致。

6 Global Operation全局操作

本节介绍了D-PHY的操作，包括信令类型、通信机制、工作模式和编码方案。所需电气功能的详细规格见第9节。

6.1 Data Units数据单元

在高速或低功耗传输过程中，链路将协议层提供的有效载荷数据传输到链路的另一端。本节指定传输和接收负载数据的限制。

• 数据单元
  最小有效载荷数据单元应为一个字节。任何通道上，提供给TX的数据，和从RX获取的数据应该是一个整数字节数。这一限制适用于任何方向的高速和低功耗数据传输。

• 位序、序列化和反序列化
  对于串行传输，数据应在发送PHY中序列化，在接收PHY中反序列化。PHY不假设传入和传出数据的有特定含义、值或顺序。

• 编解码
  对于前向源同步时钟不要求使用线性编码，如果使用线性编码，应按照附件C执行。
  对于嵌入式时钟，需要使用128b/132b的线性编码。

该节描述了Scrambling相关的算法过程，因此目前还没有厂商使用嵌入式时钟，所以此处跳过。

• 数据缓存
  在协议请求下，数据才进行传输。通信一开始，只要不停止其传输请求，传输端的协议层就应提供有效的数据。对于使用线性编码的通道，控制符号也可以插入到传输中。接收方的协议层，应在接收端PHY送达时，尽快接收数据。信令，以及PHY协议握手，都不允许数据节流，因此，任何数据缓冲都应在协议层内进行。

6.2 Lane States and Line Levels Lane状态和线路电平

发送端，是通过驱动Line线路上的几种电平，来决定Lane状态。连接根据当前线路特定的电平，可以处于在两种确定的状态之中。主流方案就是即HS的差分信号，和LP的单端信号这两种状态相结合的方式。可选方案是HS和ALP的结合方式。ALP模式包含一种额外的特殊Lane状态，即两根线都被同时接地。

6.2.1 HS和LP的Lane状态和线路电平

正常运行的时候，HS-TX或LP-TX都会驱动Lane。
HS-TX是通过差分信号驱动Lane，差分电压上下幅度在200mv，所以可能产生两种高速Lane状态：差分0和差分1，Differential-0 and Differential-1。
而LP的TX可以分别独立地驱动同一Lane的两条线在1.2V或0V，所以会产生四种低功耗Lane状态： LP00、LP01，LP10，LP11。LP的Lane状态的含义解析，取决于运行模式，接受端应该总是把两种高速差分状态当做为LP-00。

Stop状态具有非常独特的核心功能。如果线电平在停止状态的时间，达到了最小要求，不管之前的状态如何，PHY状态机都应返回到停止状态。可能是在RX模式，也有可能是在TX模式，这取决于最近一次的操作方向。表5列出了Lane在正常运行过程中可能出现的所有状态。电气电平的详细规格见第9节。

所有LP状态至少需要持续TLPX的时间段。状态过渡应是平稳的，不能出现故障。通过对Dp线和Dn线进行互斥，重构时钟信号。理想情况下，重构时钟的持续时间至少为2*TLPX，但由于信号斜率和线路电平的影响，占空比可能不会超过50%。

6.2.2 HS和ALP模式的状态和电平

ALP使用HS的电平替代LP电平。当两根线都接地时，为ALP的standby状态，ALP-00，这可以从逻辑上进一步区分为ALP STOP和ALP ULPS。
ALP-01和ALP10的电平，为对应HS未端接时的电平。

6.3 操作模式：控制、高速、逃逸

6.3.1 HS和LP操作模式

在HS和LP模式下正常工作时，数据通道要么处于控制模式，要么处于高速模式。
在转发时钟模式和嵌入式时钟模式下，高速数据传输都是以突发方式进行的。
HS数据传输，发生在从Stop状态（LP-11）开始到Stop状态（LP-11）结束之间，这被定义为控制模式。
Lane在数据Burst期间仅处于高速模式。进入高速模式的顺序为：LP-11、LP-01、LP-00，此时数据通道一直处于高速模式，直到收到LP-11。
只能在控制模式下通过请求，进入逃离模式。数据通道在检测到Stop状态后，应始终退出逃逸模式并返回到控制模式。
如果不在高速或逃逸模式，数据通道应保持在控制模式。
对于数据通道和时钟通道，Stop状态作为一般的备用状态，可以持续任何一段时间> THS-EXIT或> TLP-EXIT。Stop状态持续时间的示例如图18所示。从“停止”状态开始可能发生的事件有：高速数据传输请求（LP-11、LP-01、LP-00）、逃逸模式请求（LP-11、LP-10、LP-00、LP-01、LP-00）或反转请求（LP-11、LP-10、LP-00、LP-10、LP-00）。

• 从HS切换到其它模式：
  
• 从反转模式切换到其它模式：
  
• 从逃逸模式切换到其它模式：
  

6.3.2 ALP和HS模式

数据通道在HS和ALP模式下工作时，会处于ALP STOP状态（ALP-00）、ALP ULPS状态（ALP-00）、ALP唤醒状态（ALP-01）和高速模式。
在物理层上，ALP停止状态和ALP ULPS状态之间的唯一区别是，由于发送器产生的较长的TALP-WAKEUP脉冲，接收器从ALP ULPS状态唤醒的时间会更长。

高速传输从ALP Stop开始，以ALP Stop或ALP ULPS状态结束。Lane仅在数据突发和ALP控制突发期间处于HS模式。
对于ALP控制突发，进入HS模式的顺序是：ALP-01和HS-0，然后是频率前置依赖Preamble和扩展同步 Extended-Sync，最后是8位控制同步。如图21所示。

在控制同步之后发送的控制码字，定义了控制突发的目的。使用HS功能的特殊格式控制Burst传输与LP控制和逃逸模式的传输功能相同。
当在ALP模式- HS模式循环运行时，Lane应通过回到到ALP的Stop，来退出HS模式。如果之前是在发送ULPS控制Burst，就通过在一个较长的HS- trail周期之后返回到ALP ULPS，来退出HS模式。
如果不处于HS模式，Lane就需要保持在ALP Stop或ALP ULPS状态，作为Standby状态，并且可以持续比TALPx更长的时间。
ALP退出检测器（ALP- ed）应检测到ALP尾流脉冲，以从ALP ULPS状态或ALP停止状态转换出来。
在ALP ULPS状态退出时，Lane通过ALP唤醒过渡到ALP Stop。任何HS数据或控制Burst都可能跟随一个ALP Stop状态。
时钟Lane也运行在HS和ALP模式。它在ALP Stop或ALP ULPS状态和HS模式之间转换，在HS模式下传输时钟信号。对于数据Lane，ALP停止和ALP ULPS状态通过一个持续时间足够长的ALP唤醒脉冲退出。当时钟信号停止时，时钟通道转换到ALP停止状态，之后可以使用HSZero/HS-Trail控制序列，切换到ALP ULPS状态，如图35所示。
注意，在时钟通道不活动的ALP Stop状态（即，在ALP ULPS或ALP Stop状态）下，在数据通道上传输的任何ALP唤醒脉冲都不表示高速突发传输的开始；相反，接收方只需将其传递给协议层进行进一步解释。
在ALP模式下没有HS-Idle（章节6.15）的等价状态。

6.4 High-Speed Data Transmission高速数据传输

6.4.1 转发时钟模式（FCM）的HS传输

高速数据传输以突发Burst形式发生。为了帮助接收机同步，数据突发应在发射机端通过前导leader和后导trailer序列进行扩展，并在接收端消除。因此，这些前导和后导序列只能在传输线上观察到。传输从停止状态开始，并以停止状态结束。在突发之间的中间时间内，数据通道应保持停止状态，除非在通道上提出反转或escape请求。在HS数据突发期间，时钟通道应处于高速模式，为辅助端提供时钟。

• 突发数据载荷
  突发的有效载荷数据应始终表示有效载荷数据字节的整数，最小长度为一个字节。请注意，对于短突发，Start和End的开销，可能会比实际传输有效数据消耗的时间更多，同时PHY没有去限制的突发的最大字节数。不过，在物理层中，没有一种自动的错误恢复方法可以让高频数据突发时误码率BER为零。因此，每个协议的最大突发长度的最佳选择值到底是多少，需要着重考虑。

• LP和HS 突发传输
  发送传输请求后，数据通道离开停止状态，通过开始传输（SoT）为高速模式做准备。在数据突发结束时，数据通道通过EoT （end -Transmission）过程离开高速传输模式，进入停止状态，测试结束程序。注意，EoT处理可以由协议或D-PHY处理。

图19显示了数据突发传输期间的事件序列。根据协议，任何Lane都可以独立地开始和结束传输。然而，对于大多数应用，通道同步启动，但可能在不同的时间结束，因为每个传输通道的字节量可能不相等。与协议层的握手在附件A中描述。

注意：如果支持deskew，前导序列不能出现错误比特值。

• ALP 和 HS 突发传输
  图21显示了ALP模式的一般突发格式。时钟通道和数据通道都处于ALP停止状态。如果Lane处于ALP ULPS状态，则在尝试任何其他通信之前，Lane必须初始过渡到ALP Stop状态。ALP Stop和ULPS状态和LP模式下 Stop和ULPS状态非常相似。
  

6.4.2 嵌入时钟模式的HS传输

ECM模式下，RX会通过CDR恢复时钟。因该模式暂未商用，此章节跳过。

6.5 双向数据通道反转

双向数据通道的传输方向可以通过链路转换过程进行交换，可以使数据相反的方向上传递。
从正向到反向或从反向到正向的更改过程是相同的，请注意，主、次方不能在周转期间更改。
反转切换可以通过两种方式实现：一种是通过使用LP模式信令的控制模式通道反转Control Mode Lane Turnaround，另一种是通过使用HS模式信令的快速通道反转Fast Lane Turnaround。要求如下：
•如果在双向通道中实现ALP模式，则应支持快速通道模式转向。
•如果LP模式在中实现双向数据传输，则应支持控制通道模式转向。

6.6 Escape Mode 逃逸模式

逃逸模式，是数据通道在用LP状态时的一种特殊操作模式。可以通过此模式，来实现一些附加功能。逃逸模式需要在正向传输中支持，在反向上是可选的，如果支持逃逸模式的话，也不需要包含所逃逸模式的全部功能。
数据通道，通过逃逸模式进入序列（LP-11、LP-10、LP-00、LP-01、LP-00）来进入逃逸模式。一旦在线路上观察到最终的桥接Bridge状态（LP-00），通道应进入Space状态（LP-00）的逃逸模式。如果在最终桥接状态（LP-00）之前的任何时间检测到LP-11，则逃逸模式进入序列需要马上停止，接收侧应等待或返回到停止Stop状态。
对于数据通道，一旦进入逃逸模式，发射机需要发送一个8位输入命令来指示所请求的操作。表16列出了所有当前可用的转义模式命令和操作。所有未分配的命令，都保留下来，作为以后更新版本的扩展预留。

退出逃逸模式需要用到停止状态Stop State，但由于间隔独热Spaced-One-Hot 编码，在逃逸模式操作期间不能发生Stop。停止状态会立即将Lane通道恢复到控制模式。如果输入命令与所支持的命令不匹配，则应忽略该特定的逃逸模式操作，接收端需要等待发送端返回到停止状态。停止状态期的持续时间应至少为TLP-EXIT,MIN。
逃逸模式下的PHY应采用间隔独热编码进行异步通信。因此，在此模式下，数据通道的操作并不依赖于时钟通道。逃逸模式下，重置触发Reset-Trigger命令的完整操作如图27所示。

间隔独热意思是，每个标记Mark状态，都与一个空白Space状态交错，这个Space是0。因此，每个符号由两个部分组成：一个热相位（Mark0或Mark1）和一个空白相位。TX应发送Mark 0，传输“bit 0”，需要跟着一个空白Space。发送一个Mark 1，传输“bit 1”，也需要跟着一个空白Space。

译注：如上图，有效数据为01100010，每一位后面需要加一个Space 0位。因此在Dp上的波形实际是00 10 10 00 00 00 10 00。而Dn上的有效位与Dp相反，通过Dp和Dn异或得到时钟信号。

如果发送符号后面没有跟Space，就是被认为是一个无效数据位。在使用Stop来退出逃逸模式的时候，最后一个相位需要是一个Mark 1，这个1不是通信数据的一部分，因为它之后没有空白位Space。时钟可以通过Dp和Dn两个线信号驱动，由异或exclusive-OR功能实现。每个单独的LP状态周期的长度，至少需要为TLPX，MIN。

6.6.1 Remote Triggers远程触发

触发信令是这样一种机制：发送端的协议层，往接收端的协议层发送一个请求标记信号。根据当前操作方向和逃逸模式所支持的功能，这个请求可以是正向或反向的。触发信号需要逃逸模式支持该功能，并且两侧的接口都支持这样一个入口命令Trigger Escape Entry Command。
上面的图27展示了逃逸模式下，重置触发Reset-Trigger操作的示例：
Lane通过逃逸模式入口程序进入逃逸模式。如果输入命令模式的序列是重置触发命令Reset-Trigger Command，则触发器将通过逻辑PPI把这个命令标记到接收侧的协议中。在触发命令之后，直到进入停止状态之前，收到的任何位都将被忽略。因此，可以把时钟信息通过dummy字节的形式发出来，这样就能向接收侧提供时钟信息。
请注意，触发信号(包括重置触发)是一个通用的消息传递系统。触发信号命令不会影响PHY本身的行为。因此，触发器可以通过协议层实现任何目的。

6.6.2 Low-Power Data Transmission低功耗数据传输

如果进入逃逸模式后，接着发送了低功耗数据传输命令，就会进入低功耗数据传输状态，LPDT。此时可以在LP状态下进行低速数据传输。
数据也和上一节一样，采用独热间隔编码，数据使用异或来恢复时钟信号，不依赖时钟通道。在lane上维持一个Space状态可以暂停数据传输。通过Stop状态停止LPDT，退出逃逸模式，将lane恢复到控制模式。停止状态前的最后一个相位需要是Mark 1，没有Space位。
以下为LPDT时，两个字节传输间暂停的示例。

使用LPDT的时候，发送端提供了一个LP的时钟信号(频率<20M Hz)。数据接收是由bit编码自己来决定的时间，所以时钟速率是允许变化的。在LPDT结束之后，Lane将返回到Stop停止状态。

6.6.3 ULPS 极低功耗状态

进入逃逸模式之后，如果ULPS命令被发送，Lane将进入极低功耗状态ULPS。该命令将被标记到接收端的协议层。该状态下，通道将处于空白状态Space(LP-00)。通过一个长度为Twakeup的标记1状态，跟随一个Stop状态，将退出ULPS。

6.6.4 逃逸模式的状态机

6.6.5 ALP模式下对应的逃逸模式

ALP模式下，逃逸模式没有LPDT，由对应的其它命令，比如ULPS等。

6.7 高速时钟传输

在高速模式下，时钟通道提供一个低摆动、差分的DDR（半速率）时钟信号，用于高速数据传输。时钟信号应对正向数据通道上的切换位序列，和在突发的第一传输位的中心的上升沿具有正交相位。关于数据-时钟关系和定时规范的细节见第10节。

时钟通道类似于单向数据通道。不过，存在一些时序差异，时钟通道传输高速时钟信号而不是数据比特。此外，LP和ALP模式的功能对时钟通道和数据通道的定义不同。时钟通道是单向的，不包括常规的逃逸模式功能。根据第6.8.2节，使用LP模式下的LP-Rqst状态或ALP模式下的HS-Zero/HS-Trail序列的特殊输入序列只支持ULPS。高速时钟传输应分别从LP模式和ALP模式下的停止状态开始，以停止状态退出。

时钟通道模块通过时钟通道PPI的协议控制。只有在任何数据通道都没有高速传输活动时，该协议才能停止时钟通道。

如果时钟通道处于低功率LP模式，则数据通道的高速数据传输启动时间将会延长。在这种情况下，时钟通道应首先返回高速运行，然后才能处理传输请求。
下一节将LP和ALP模式下的时钟传输。

6.7.1 LP 模式

在最后一个数据通道切换到低功率模式，并以HS-0状态结束后，高速时钟信号将继续运行TCLK-POST的时钟周期。将时钟通道切换到低功率模式的步骤见表19。注意，时钟突发总是在以HS-0状态开始和结束时包含偶数个变化。这意味着时钟在任何相关的数据通道上采样偶数位。时钟周期应可靠，并符合HS时序规范。表20中给出了将时钟通道返回到高速时钟传输的程序。时钟启动和停止过程如图31所示。

6.7.2 ALP模式

在ALP方向的最后一个数据通道切换到ALP停止状态后，ALP模式的高速时钟信号应继续运行一段TALP-CLK-POST时间。在ALP模式下，在过渡到ALP停止状态之前，时钟通道应以HS-1跟踪周期结束。为了恢复通信，时钟通道应唤醒，并在数据通道启动高速突发传输之前，在TALP-CLK-PRE时间内提供一个稳定的高速时钟。ALP模式下的时钟车道启动和停止过程如图33所示。

6.8 时钟通道的极低功耗状态ULPS

6.8.1 LP模式下时钟通道的ULPS

虽然时钟通道不包括常规逃逸模式，但应支持ULPS。
时钟通道应通过ULPS命令进入ULPS。在本过程中，从停止状态开始，发射侧应驱动TX-ULPS-Rqst状态（LP-10），然后再驱动TX-ULPS状态（LP-00）。之后，时钟通道将进入ULPS。如果发生错误，并且在TX-ULPS-Rqst状态后立即检测到LP-01或LP-11，则应中止ULPS进入程序，接收侧应分别等待或返回到停止状态。

接收测的PHY应向接收侧协议标记ULPS的状态，在此状态下，线路一直处于ULPS（LP-00）。ULPS退出方式是通过一个持续时间为TWAKEUP 的Mark-1 TX-ULPS-Exit状态，紧接着一个STOP状态。附件A 图137描述了一个退出程序的示例，该程序允许控制在Mark-1 TX-ULPS-退出状态中花费的时间长度。

6.8.2 ALP模式下时钟通道的ULPS

时钟通道是单向的，不支持与数据通道相同级别的ALP命令功能。但是，ALP ULPS应通过一个特殊的输入序列来支持，如图35所示。

时钟通道接收端，在收到一个T-ALP-CLK-ZERO时间的HS-Zero，接着有一个T-ALP-CLK-trail时间的（HS-1）时，解析为ULPS输入请求。之后，时钟通道应切换到一个超低功率的运行模式，其中大部分的内部电路可以被禁用。
为了从ALP ULPS状态唤醒时钟通道，发射机应发送一个持续时间为T-ALP-WAKEUP的ALP唤醒脉冲，然后是ALP停止状态。时钟通道ALP-ED应检测此序列作为ALP ULPS出口，并应过渡到ALP STOP 状态。差分应在整个序列中保持禁用状态。

6.9 全局操作的时序参数

表24和表25分别列出了本节中用于LP模式- HS模式运行周期和ALP模式- HS模式运行周期的所有定时参数的范围。表中的值假定在ΔUI定义的范围内存在UI变化（见表55）。
发送端应支持表24中定义的所有发送端特定的时序参数。支持ALP模式的发送端应支持表25中定义的所有发送端特定的时序参数。
接收端应支持表24中定义的所有特定于接收端的时序参数。支持ALP模式的接收端应支持表25中所有特定于接收端的时序参数。

还要注意，虽然没有为每个发送端特定参数定义相应的接收端公差，但接收端还应支持接收表24和表25中所有发送端特定定时参数的所有允许符合值，包括接收端数据表中指定的最大支持HS时钟速率。当PHY支持> 4.5 Gbps并被配置为以较低的比特率运行时，那么系统设计者必须确保发送端与接收端的定时要求兼容。接收端的要求应在接收端的数据表或其他文件中规定。

6.10 系统电源状态

一个PHY配置(上电和使能)中的每个通道，可能存在三种不同的功耗水平：HS高速传输模式、LP低功耗模式和ULPS超低功耗状态。有关超低功率状态的详情，请参见第6.6.3节和第6.8节。这些模式之间的转换应由PHY来处理。
如果一个Lane支持ALP模式，则在高速传输模式、ALP停止状态和ALP ULPS状态之间的功耗水平也可能有所不同。有关ALP停止和ALP ULPS状态的详细信息，请参见第6.4.1.5节、第6.7.2节和第6.8.2节。这些模式之间的转换也应由PHY来处理。