MIPI CSI-2笔记（10） -- Low Level Protocol（延迟降低、传输效率增强特性LRTE）

Latency Reduction and Transport Efficiency

        LRTE是一个可选的CSI-2特性，它能够促使系统达到最优的传输效率，以便支持新兴的图像应用。LRTE有个部分：

        Interpacket Latency Reduction (ILR)，包间延迟降低

        Enhanced Transport Effeciency，传输效率增强

 Interpacket Latency Resuction（ILR）

         根据D-PHY物理层和C-PHY物理层的规范，CSI-2的短包之间和长包之间通过EoT,LPS和SoT包分隔符分开。一些高级的图像应用，比如PDAF（Phase Detection Auto Focus，相位检测自动对焦），Sensor Aggregation以及机器视觉应用，通过降低这些分隔符的开销，能够使这些应用能够极大地受益于有效速度的提升。

        

         如上图所示，通过将传统的EoT, LPS和SoT包分隔符替换为更加高效的包分隔符（Efficient Packet Delimiter， EPD）信号机制后，可以达到降低包间延迟的目的。EPD避免了HS-LPS-HS的状态转换过程。一个EPD由PHY层和/或Protocol层的多个元素构成。PHY产生的EPD元素被称为“Packet Delimiter Quick(PDQ)”。Protocol层产生的EPD称为Spacers，Spacers可以任意地放到PDQ之前。

        LRTE要求EPD能够在PHY处于高速信号（high-speed signaling）状态时被插入到相邻的CSI-2包之间，但不允许将EPD插入到刚好在PHY EoT之前的一个CSI-2包的后面。但在某些特殊情况下，对于一个刚好在PHY EoT之前的CSI-2包，后面可以插入Spacers，但没有PHY产生的PDQ信号。

C-PHY物理层的EPD

        C-PHY物理层的EPD由一个或多个PHY生成和使用的用于PDQ（Packet Delimiter Quick）的7-UI Sync Word构成，前面是任意的CSI-2 Protocol生成和使用的Spacer字。PDQ由发送者物理层生成，接收者物理层使用，其作用是作为一个健壮的CSI-2包分隔符来使用。图像传感器应该在PPI（PHY Protocol Interface） 处重复使用“TxSendSyncHS”，以便通过C-PHY发送器生成PDQ控制码。在C-PHY接收器收到PDQ控制码的时候，应用处理器应该在PPI处重复使用“RxSyncHS”，以便通知CSI-2协议层。7-UI  PDQ控制码的持续时间正比于C-PHY符号速率（Symbol rate）。

        用于C-PHY接收器的EPD，也能从PDQ前的Spacer插入行为中受益（Spacer插入是CSI-2 protocol生成和使用，属于协议可选项），因为这会为图像应用程序带来最优的包间延迟。CSI-2 C-PHY的Spacer Word值是0xFFFF，当存在Spacer Word时，在一条链路中所有Lane都要产生Spacer Word。

        图像传感器（发送器，发送者）要有下面的两个16-bit寄存器来促使达成图像应用的最优包间延迟：

        1. TX_REG_CSI_EPD_EN_SSP（EPD Enable and Short Packet Spacer）寄存器

         2. TX_REG_CSI_EPD_OP_SLP（Long Packet Spacer）寄存器

        如果C-PHY EPD使能，两个EPD寄存器的低有效15位配置例子：

•   寄存器值是15'd0，表示0个或多个Spacer
•  寄存器值是15'd5，表示至少5个Spacer，至少造成5 * 7 UI的duration
•  寄存器值最大，15'd32,767，表示至少有32,767个Spacer，至少造成32,767 * 7 UI的duration

        发送器对于TX_REG_CSI_EPD_EN_SSP和TX_REG_CSI_EPF_OP_SLP这两个寄存器，每个寄存器至少要支持Spacer insertion count字段的1个可用非零值。

        没有PDQ信号的Spacer Words，只有在C-PHY EPD使能并且TX_REG_CSI_EPD_MISC_OPTIONS寄存器的bit 7设置为1的时候，才可以插入到一个刚好在C-PHY EoT之前的CSI-2包的后面，寄存器详细描述参考“LRTE寄存器表”。如果这个bit没有被图像传感器所实现，本规范要求其内容要当做0处理。TX_REG_CSI_EPD_EN_SSP和TX_REG_CSI_EPD_OP_SLP寄存器的低15有效位决定了要插入到刚好在C-PHY EoT之前的Spacer Word的最小数量。

        C-PHY EPD，以及不带PDQ信号的Spacer Word，和C-PHY ALP模式高速burst传输是完全兼容的。

CSI-2 C-PHY的 LRTE EPD例子

D-PHY物理层EPD

        CSI-2 D-PHY物理层有两种EPD选项，本小节会详细说明。

        当EPD使能时，无论是哪种EPD选项，都要用最少的Filler字节对齐链路上所有Lane的数据。Filler字节的值是0x00。链路中对齐Lane数据的过程和CSI-2 C-PHY上的本地EOT对齐过程类似。

D-PHY EPD选项1（D-PHY EPD Option 1）

        D-PHY EPD选项1由PHY生成和使用的D-PHY HS-Idle PDQ信号组成，PDQ前可以有任意被CSI-2 Protocol生成和使用的Filler字节（如果有需要的话）外加0个或多个Spacer字节。CSI-2 D-PHY的Spacer字节的值是0xFF，当存在时，Spacer字节在链路中所有链路上都要产生。PDQ由物理层的发送器生成，接收器所使用，作为一个健壮的CSI-2包分隔符使用。D-PHY接收器能够从Protocol生成和使用的Spacer中受益，因为针对PDQ信号，前向时钟被disable之前，可能需要额外的时钟周期来通过pipeline冲刷掉载荷内容（payload content）。要注意的是D-PHY HS-Idle并不被ALP模式所支持。

         关于fowarded clock（前向时钟/转发时钟），参考这里

I/O时钟架构http://www.360doc.com/content/21/0326/19/99071_969139151.shtml

        使用D-PHY EPD选项1时，EPD不可以插入到刚好处于D-PHY EoT之前的CSI-2包的后面，但不带PDQ的Spacer字节可以插入到这种包后面，这种情况TX_REG_CSI_EPD_MISC_OPTIONS的bit 7被设置为1。TX_REG_CSI_EPD_EN_SSP和TX_REG_CSI_EPD_OP_SLP寄存器中低有效15 bits决定了在D-PHY EoT之前所要插入的最少的Spacer字节数。寄存器详细描述见“LRTE寄存器表”。
        图像传感器应该在PPI接口处使用“TxHSIdleClkHS”来通过D-PHY发送器产生PDQ序列。当D-PHY接收器收到了PDQ序列，应用处理器侧应当在PPI接口处使用“RXSyncHS”来通知CSI-2 协议层（protocol layer）。另外“RxClkActiveHS”也能被用来提供EPD的提前的指示信号。

CSI-2 D-PHY - Option 1的LRTE EPD示例

D-PHY EPD选项2（D-PHY EPD Option 2）

        D-PHY EPD选项2限制只使用了CSI-2 protocol生成和使用的Filler字节外加0个或多个Spacer字节，这些字节插入到了多个背靠背（back-to-back）包传输之间，这些传输都在相同的D-PHY 高速busrt传输中（不使用PHY生成和使用的PDQ）。选项2主要是为了使用支持legacy LP或LVLP模式的不支持选项1的D-PHY。但它也可以和ALP模式搭配使用。根据使用场景不同（即被连接起来的CSI-2包的大小和数量），缺少D-PHY生成和使用的包分隔符可能会影响CSI-2链路的完整性。选项2本意并非完全终结掉D-PHY LP,LVLP或ALP模式的包分隔符。当使用D-PHY EPD选项2时，同样推荐在一个短包或长包之后，加入一个或多个Spacer。

        D-PHY EPD选项2也可以被应用到和USL（Unified Serial Link）相关联的使用C-PHY或D-PHY Escape模式LPDT传输的包上。

        在D-PHY Option 2情况下，一个EPD（即一个或多个Spacer）不会在任何高速burst或LPDT载荷中的最后一个CSI-2短包或长包后面立即被插入，包括EoTp短包。

 CSI-2 D-PHY 选项2的LRTE EPD示例

D-PHY EPD规范（针对EPD Option 1和Option 2）

        图像传感器（发送器）需要包含下面两个16-bit寄存器，用来为图像应用程序配置最优的包间延迟：

        下面的例子适用于两个EPD寄存器的低有效15位：

        对于可变长度Spacer插入：

•                 寄存器值为15'd0，产生0个或多个Spacer
•                  寄存器值为15'd5，产生至少5个Spacer
•                 寄存器值为15'd32,767，产生至少32767个Spacer

        对于固定长度Spacer插入：

•                 寄存器值为15'd0，不产生Spacer
•                  寄存器值为15'd5，精确地产生5个Spacer
•                 寄存器值为15'd32,767，精确地产生32767个Spacer

        发送器对于TX_REG_CSI_EPD_EN_SSP和TX_REG_CSI_EPF_OP_SLP这两个寄存器，每个寄存器至少要支持Spacer insertion count字段的1个可用非零值。PDQ序列的持续时间和D-PHY链路速率成正比，通过D-PHY物理层的HS-Idle时序参数进行配置。

        对于D-PHY EPD，对于支持Option 1下插入不带PDQ的Spacer、或Option 2下插入EoTp或可变数量Spacer字节的图像传感器（发送器）来说， TX_REG_CSI_EPD_MISC_OPTIONS寄存器是需要有的。如果寄存器没有具体实现，则视寄存器值为0.

        需要注意的是，当使用Escape模式LPDT应用到USL发送的包时，TX_REG_CSI_EPD_EN_SSP,TX_REG_CSI_EPD_OP_SLP寄存器并不是用来控制图像传感器LRTE的。

D-PHY EPD选项2下健壮的可变长度Spacer检测机制

        在D-PHY EPD选项2下，CSI-2发送器在包之间插入可变长度的Spaver字节，要求CSI-2接收器能够检查出潜在的Spacer字节，而不是简单地通过计数方式来识别，这样才能不会将包头字节和Spacer字节混淆。由于Spacer字节要被分发到从Lane1开始的所有数据Lane上，CSI-2接收器可以通过只在Lane1上扫描包之间的值为0xFF的字节。但是，真正可靠的检测手段也要求这些字节是没有任何错误的，因为Lane 1上Spacer字节（值为0xFF）如果有1 bit错误，它就会看起来像是一个包头的DI（Data Identifier）字节。反过来也是，包头字节中如果有1 bit错误，它就会看起来像是一个Spacer字节。

        如果CSI-2接收器将一批批的四个连续Spacer字节的Lane合并的分组当做潜在的32-bit的包头处理，那么ECC计算的结果就能够用来检测和修正Spacer字节中的错误了，因为这就像其处理包头字节的过程一样。这样做是有可能的，因为发送的每一组由4个Spacer字节组成的单元，其低有效6个bit的值为0x3F,这个值也正好是其高有效26个bit对应值0x3FFFFFF的6-bit ECC结果。

        根据链路中数据Lane（N）的总数量不同，Spacer字节插入和检测机制的使用原则可能会有所不同。CSI-2的发送器所插入的Spacer字节，要求每Lane是M = LCM(N,4) / N个字节的整数倍，这里的LCM表示最小公倍数。要保证CSI-2接收器能观察到包之间的四个Spacer字节为单位的整数倍长度。 

         如上表所示，M可能的值只有1,2,4，可以通过TX_REG_CSI_EPD_MISC_OPTIONS寄存器的bit[5:4]进行配置。

        有一点值得注意的是，CSI-2接收器只需要在Lane 1上检查每M个潜在的Spacer字节中的1个字节的数据完整性，即只要一组M字节里的在Lane 1上第一个字节被确认是Sapcer字节，剩余的M-1个字节就能够被安全地被CSI-2接收器所忽略，因为它可以提前知道这些字节在被插入的M个Spacer字节里。

 一般场景：启用健壮的Spacer字节检测（Robust Spacer Byte Detection）

        然而，对于N > 4的情况，是可以配置CSI-2发送器让它总是在每lane插入任意数量的Spacer字节（即M 设置为1）的，此时CSI-2接收器检查前四个Lane的数据并且在Lane1中确认了有一个Spacer字节，忽略剩下Lane的字节。（此处为个人理解记录，可能有误，请结合规范出处英文辅助理解）

特殊场景：启用健壮的Spacer字节检测 

EoTp(End-of-Transmission Short Packet)

        使用D-PHY EPD选项2时，当多个CSI-2包通过一次单独的D-PHY高速（HS， high-speed）burst载荷中传输时，需要host在所有情况下，都要能有正确的操作来可靠地检测出burst中的最后一个CSI-2包。在很多实现方案中，这要求CSI-2 host协议接收器在HS trailer bits、以及其他来自D-PHY物理层接收器的bits上执行额外的End-of-Transimission（EoT）处理。

        如果HS trailer bits后面跟着非常少但数量未知的bits，这些bits的值也难以确定，这种情况下EoT的处理会更加复杂。具体的例子有：D-PHY HS到LP的过程中，或LVLP电压转换过程中。

        对于D-PHY EPD选项2，EoTp短包（End-of-Transmission Short Packet）通过在D-PHY高速burst载荷中对最后一个CSI-2包引入没有歧义的信号的方式，去掉了CSI-2协议接收器进行EoT处理的需要。

        EoTp短包的字段定义如下：

•         DT是0x04
•         所有VC,VCX和WC bits都为0

        关于EoTp，还有一些其他规则要遵守：

•         EoTp的生成和检测对于遵循当前笔记提到的CSI-2规范版本（支持HS传输的D-PHY EPD Option 2）的所有设备是强制选项。EoTp不能和C-PHY EPD Option 1、D-PHY EPD Option 1或者使用Escape Mode LPDT的包传输方式搭配使用。
•         遵循CSI-2规范v2.1或更早版本的设备不支持EoTp。为了保证和这些设备的互操作性，支持EoTp的设备要能够提供方法使能或禁用EoTp的生成和检测功能。对于图像传感器来说，这种能力要通过TX_REG_CSI_EPD_MISC_OPTIONS寄存器的bit 6来提供。这样就能允许系统设计者能够禁用掉这个功能，以便和不支持EoTp的设备进行交互（无论是哪一侧）。
•         当EoTp特性启用时，在每一个高速burst载荷中只能存在一个EoTp，这个EoTp作为最后CSI-E包，紧跟着所有其他的短/长包之后，包括只有一个CSI-2 短包或长包的情况。
•         EoTp之后不允许跟Spacer，因为EoTp之后紧跟的是D-PHY EoT，不会再有其他CSI-2包了。

 EoTp使用案例

ILR和Enhanced Transport Efficiency一起使用

        在许多应用中，EPD可以和LVLP或ALP Mode信号一起使用，以便能够从CSI-2 ILR和增强信道传输（enhanced channel transport）中受益。

 EPD和LVLP或ALP Mode信号一起使用

LRTE寄存器表