基于FPGA实现MIPI信号COMMAND功能的方法和装置

摘要

本发明公开了一种基于FPGA实现MIPI信号COMMAND功能的方法和装置，其方法根据MIPI DCS协议，通过HSDT和LPDT方式发送图像数据，在发送过程中，图像数据被分割每一行间隔发送，第一行发送加入2C命令，后续行发送加入3C命令。其装置包括COMMAND控制模块、COMMAND数据模块、COMMAND缓存模块、MIPI组包模块、HS方式数据产生模块、HS方式传输模块、HS方式信号产生模块、LP方式缓存模块、LP方式传输模块和MIPI信号输出模块，在一片FPGA芯片内根据MIPI DCS协议实现MIPI信号的COMMAND显示方式。

说明书

技术领域

本发明涉及MIPI液晶模组的显示和测试领域，具体地指一种基 于FPGA实现MIPI信号COMMAND功能的方法和装置。

背景技术

在MIPI DCS和DSI协议中规定，视频信号既可以数据流的方式 (即VIDEO方式)输出给MIPI模组，也可以用命令方式(即COMMAND 方式)输出给模组点屏。

在模组的调试、检测过程中以及在某些仅需要显示局部变化像素 或对显示还原程度较高的场合下需要用到COMMAND显示方式，该 方式是一种类似命令和附加参数方式，在传输图像时，先发送2C/3C 命令再将整个图像数据作为附加参数放在命令后面发送，在发送过程 中，图像数据可以被分割成若干块间隔发送，第一次发加入2C命令， 后续发送加入3C命令。

根据MIPI DCS协议，COMMAND显示方式既可以采用在HS状 态下发送即HSDT传输模式，也可以采用在LP状态下发送即LPDT 传输模式。

目前要实现上述在HSDT和LPDT下均能传输COMMAND方式 仅只能通过某些外接桥接芯片的方案来实现，具有实现复杂、成本高、 使用配合难度较大、制造周期长等问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是在一片FPGA芯片内根据 MIPI DCS协议实现MIPI信号的COMMAND显示方式，并同时根据 MIPI DSI协议使MIPI COMMAND显示信号既可以在HS状态下以 HSDT传输模式发送给MIPI模组点屏，也可以在LP状态下以LPDT 传输模式发送给MIPI模组点屏。

为实现上述目的，本发明所设计的一种基于FPGA实现MIPI信 号COMMAND功能的方法，其特殊之处在于，包括如下步骤：

1)将开屏指令转换为COMMAND数据，经过组包后转换为LPDT 数据格式，然后发送至MIPI模组完成开屏步骤；

2)接收RGB视频信号，将所述RGB视频信号中一帧图像的第 一行图像数据转换为COMMAND数据后缓存，并根据MIPI DCS协 议在缓存的第一行COMMAND数据内填入DCS命令2C；

3)将缓存的第一行COMMAND数据组成第一行MIPI数据长包， 再将第一行MIPI数据长包转换为LPDT或者HSDT数据格式，并发 送至MIPI模组显示；

4)依次将所述RGB视频信号中的下一行图像数据转换为 COMMAND数据后缓存，并根据MIPI DCS协议在缓存的每一行 COMMAND数据内填入DCS命令3C；

5)依次将缓存的每一行COMMAND数据组成每一行MIPI数据 长包；

6)依次将每一行MIPI数据长包转换为LPDT或者HSDT数据格 式，并发送至MIPI模组显示，直至所述一帧图像的全部图像数据发 送至MIPI模组；

7)检查是否有新的图像输入，没有输入则暂停操作，有输入则 重复步骤2)～6)。

优选地，所述DCS命令2C和DCS命令3C位于COMMAND数 据的第一个数据位置上。

优选地，在所述步骤1)之前还包括设置配置参数的步骤，所述 配置参数包括MIPI模组开屏指令、RGB颜色位宽、RGB分量顺 序、模组数据LANE数、COMMAND传输方式、信号传输时序、 传输速率和输出电气参数。

优选地，所述组成MIPI数据长包的过程中，根据所述RGB分量 顺序配置参数调整每个视频数据的R、G、B分量的前后位置。

优选地，所述组成MIPI数据长包的过程中，根据所述RGB颜色 位宽配置参数对色阶为12bit、16bit的视频数据的RGB分量拆分 成两个高低字节依次填入。根据不同的MIPI模组类型，对色阶 为12bit、16bit的视频数据转换为8bit的视频数据。

优选地，所述COMMAND传输方式包括HSDT和LPDT传输 方式，在所述HSDT传输方式下分别将每一行MIPI数据长包转换为 HSDT数据格式，在所述LPDT传输方式下分别将每一行MIPI数据长 包转换为LPDT数据格式。

优选地，所述步骤6)中将MIPI数据长包转换为HSDT数据格式 时，当前行组包完成后若下一行数据尚未到来时则自动插入MIPI空 包以维持HSDT的传输速率。由于HS传输方式是以VIDEO数据流方 式传输，为了保持数据的传输则需在下一行数据尚未到来时则自动插 入MIPI空包。

一种实现上述基于FPGA实现MIPI信号COMMAND功能的方法 的装置，其特殊之处在于，包括COMMAND控制模块、COMMAND 数据模块、COMMAND缓存模块、MIPI组包模块、HS方式数据产生 模块、HS方式传输模块、HS方式信号产生模块、LP方式缓存模块、 LP方式传输模块和MIPI信号输出模块；

所述COMMAND控制模块分别与COMMAND数据模块、MIPI 组包模块、HS方式数据产生模块、HS方式传输模块、HS方式信号 产生模块、LP方式传输模块和MIPI信号输出模块连接，所述 COMMAND数据模块通过COMMAND缓存模块与MIPI组包模块连 接，所述MIPI组包模块分别与HS方式数据产生模块和LP方式缓存 模块连接，所述HS方式数据产生模块通过HS方式传输模块与HS方 式信号产生模块连接，所述LP方式缓存模块与LP方式传输模块连接， 所述HS方式信号产生模块和LP方式传输模块均与MIPI信号输出模 块连接，所述MIPI信号输出模块与MIPI模组连接；

所述COMMAND控制模块用于根据上层配置控制信号产生配置 参数并传送至COMMAND数据模块、MIPI组包模块、HS方式数据 产生模块、HS方式传输模块、HS方式信号产生模块、LP方式传输模 块和MIPI信号输出模块；

所述COMMAND数据模块用于将输入的RGB视频信号和开屏指 令转换为COMMAND数据；

所述COMMAND缓存模块用于缓存所述COMMAND数据；

所述MIPI组包模块用于将所述缓存的COMMAND数据根据 MIPI DCS协议组成MIPI数据长包并根据所述配置参数分别发送至所 述HS方式数据产生模块和所述LP方式缓存模块；

所述HS方式数据产生模块用于将所述MIPI数据长包分配到相应 的数据LANE信号线上；

所述HS方式传输模块用于将接收MIPI数据长包转换为MIPI串 行数据，并根据所述配置参数的传输时序生成MIPI HS时钟信号和 MIPI HS数据信号；

所述HS方式信号产生模块用于接收所述MIPI HS时钟信号和 MIPI HS数据信号并根据所述配置参数中的传输时序分别输出HS状 态下的MIPI HS时钟信号和MIPI HS数据信号以及LP状态下的LP 电平信号；

所述LP方式缓存模块用于缓存所接收的MIPI数据包；

所述LP方式传输模块用于将所述缓存的MIPI数据包转换成标准 MIPI LPDT数据信号并输出；

所述MIPI信号输出模块用于根据所述配置参数中的传输时序向 MIPI模组输出所接收的所述HS状态下的MIPI HS时钟信号和MIPI 数据HS信号或者所述MIPI LPDT数据信号。

进一步地，所述COMMAND控制模块与上层通过以太网、USB 或者串口方式连接。

更进一步地，所述COMMAND控制模块通过FPGA的IO单元输 入接收MIPI传输配置参数的电气信号。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明所实现的MIPI COMMAND数据及其显示方式遵从 于MIPI DCS协议，适用于不同分辨率、尺寸、不同传输LANE的 MIPI模组。

(2)本发明所实现的MIPI COMMAND显示方式的数据信号既 可以在HS状态下以HSDT传输模式发送MIPI信号(即以Video数据 流方式)，也可以在LP状态下以LPDT传输模式发送，完全符合MIPI  DSI协议的MIPI数据形式，和MIPI DPHY中规定的两者传输模式要 求。

(3)本发明所需的相关操作配置(如MIPI模组配置指令、RGB 配置参数、COMMAND方式配置参数等)均可由上层软件配置，从而 使操作简便、快捷，当配置完成后再无需人工干预信号传输。

(4)本发明可适用于不同数据LANE数、不同RGB颜色特性、 不同分辨率和信号传输速率、不同COMMAND显示方式的MIPI模组， 且信号传输可靠无错误。

(5)本发明可通过用FPGA芯片来实现所述功能；FPGA是市场 常见芯片，本发明不仅工作稳定可靠、实现容易，而且实现成本较低， 避免了因使用主控芯片和桥接芯片而导致的设计、使用复杂、稳定性 差、设计成本高等问题。

附图说明

图1为本发明基于FPGA实现MIPI信号COMMAND功能的装 置的电路方框图；

图2为本发明基于FPGA实现MIPI信号COMMAND功能的方 法的流程图。

图中：COMMAND控制模块1，COMMAND数据模块2， COMMAND缓存模块3，MIPI组包模块4，HS方式数据产生模块5， HS方式传输模块6，HS方式信号产生模块7，LP方式缓存模块8， LP方式传输模块9，MIPI信号输出模块10，MIPI模组11。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

如图1所示，本发明所提供的基于FPGA实现MIPI信号 COMMAND功能的装置，包括COMMAND控制模块1、COMMAND 数据模块2、COMMAND缓存模块3、MIPI组包模块4、HS方式数 据产生模块5、HS方式传输模块6、HS方式信号产生模块7、LP方 式缓存模块8、LP方式传输模块9和MIPI信号输出模块10。

COMMAND控制模块1分别与COMMAND数据模块2、MIPI组 包模块4、HS方式数据产生模块5、HS方式传输模块6、HS方式信 号产生模块7、LP方式传输模块9和MIPI信号输出模块10连接， COMMAND数据模块2通过COMMAND缓存模块3与MIPI组包模 块4连接，MIPI组包模块4分别与HS方式数据产生模块5和LP方 式缓存模块8连接，HS方式数据产生模块5通过HS方式传输模块6 与HS方式信号产生模块7连接，LP方式缓存模块8与LP方式传输 模块9连接，HS方式信号产生模块7和LP方式传输模块9均与MIPI 信号输出模块10连接，MIPI信号输出模块10与MIPI模组11连接。

COMMAND控制模块1用于根据上层配置控制信号产生配置参 数并传送至COMMAND数据模块2、MIPI组包模块4、HS方式数据 产生模块5、HS方式传输模块6、HS方式信号产生模块7、LP方式 传输模块9和MIPI信号输出模块10；

COMMAND数据模块2用于将输入的RGB视频信号和开屏指令 转换为COMMAND数据；

COMMAND缓存模块3用于缓存COMMAND数据；

MIPI组包模块4用于将缓存的COMMAND数据根据MIPI DCS 协议组成MIPI数据长包并根据配置参数分别发送至HS方式数据产生 HS方式数据产生模块5和LP方式缓存模块8；

HS方式数据产生模块5用于将MIPI数据长包分配到相应的数据 LANE信号线上；

HS方式传输模块6用于将接收MIPI数据长包转换为MIPI串行 数据，并根据配置参数的传输时序生成MIPI HS时钟信号和MIPI HS 数据信号；

HS方式信号产生模块7用于接收MIPI HS时钟信号和MIPI HS 数据信号并根据配置参数中的传输时序分别输出HS状态下的MIPI  HS时钟信号和MIPI HS数据信号以及LP状态下的LP电平信号；

LP方式缓存模块8用于缓存所接收的MIPI数据包；

LP方式传输模块9用于将缓存的MIPI数据包转换成标准MIPI  LPDT数据信号并输出；

MIPI信号输出模块10用于根据配置参数中的传输时序向MIPI 模组11输出所接收的HS状态下的MIPI HS时钟信号和MIPI HS数 据信号或者MIPI LPDT数据信号。

如图2所示，根据上述装置实现基于FPGA实现MIPI信号 COMMAND功能的方法的具体步骤包括：

1)上层(可以是MCU、PC、或其他控制设备)首先设置好配置 信息，并通过以太网、串口、USB等常用接口发送给COMMAND控 制模块1。COMMAND控制模块1再将其配置信息还原成各个配置参 数和指令送给其他相关模块。这些配置参数包括MIPI模组开屏指令、 RGB颜色位宽、RGB分量顺序、模组数据LANE数、COMMAND传 输方式、信号传输时序、传输速率、输出电气参数等。

2)COMMAND控制模块1将模组开屏指令送入COMMAND数 据模块2将其转换成COMMAND数据并送入MIPI组包模块4组包为 MIPI数据包，再将MIPI数据包送入LP方式缓存模块8缓存、然后 经过LP方式传输模块9转换为LPDT数据信号再通过MIPI信号输出 模块10输出至MIPI模组11完成开屏步骤。

3)COMMAND控制模块1启动COMMAND数据模块2接收RGB 视频信号，COMMAND数据模块2将RGB视频信号中一帧图像的第 一行图像数据转换为COMMAND数据后输出至模块3缓存，并根据 MIPI DCS协议在缓存的第一行COMMAND数据的第一个数据位置上 内填入DCS命令2C。

4)MIPI组包模块4将缓存的第一行COMMAND数据组成第一 行MIPI数据长包，再将第一行MIPI数据长包转换为LPDT或者HSDT 数据格式，并发送至MIPI模组11显示。具体步骤包括：

4.1)当COMMAND控制模块1从上层接收的配置参数中的信号 传输时序为HSDT传输模式时，COMMAND控制模块1则启动 COMMAND数据模块2、MIPI组包模块4、HS方式数据产生模块5、 HS方式传输模块6、HS方式信号产生模块7和MIPI信号输出模块 10进行相关操作。

4.2)MIPI组包模块4读取COMMAND缓存模块3中缓存的第一 行COMMAND数据将其组成第一行MIPI数据长包。

MIPI组包模块4组成MIPI数据长包的过程中，根据RGB分量 顺序配置参数调整每个视频数据的R、G、B分量的前后位置。 MIPI组包模块4根据RGB颜色位宽配置参数对色阶为12bit、16bit 的视频数据的RGB分量拆分成两个高低字节依次填入。

4.3)HS方式数据产生模块5根据COMMAND控制模块1提供的 模组数据LANE数的参数，将第一行MIPI数据长包分配到相应的1～4 个数据LANE信号线上，之后由HS方式传输模块6将接收MIPI数据 长包转换为MIPI串行数据，并根据配置参数的传输时序生成MIPI HS 时钟信号和MIPI HS数据信号，然后HS方式信号产生模块7将MIPI  HS时钟信号和MIPI HS数据信号输出至MIPI信号输出模块10。

4.4)当COMMAND控制模块1从上层接收的配置参数中的信号 传输时序为LPDT传输模式时，COMMAND控制模块1则启动 COMMAND数据模块2、MIPI组包模块4、LP方式缓存模块8、LP 方式传输模块9和MIPI信号输出模块10进行相关操作。

4.5)MIPI组包模块4读取COMMAND缓存模块3中缓存的第一 行COMMAND数据将其组成第一行MIPI数据长包，并将MIPI数据 长包送给LP方式缓存模块8缓存。

4.6)在LP方式缓存模块8缓存完成后则等待若干时间，当达到 发送间隔时间后启动LP方式传输模块9操作。

4.7)LP方式传输模块9在启动后根据MIPI DPHY协议规定，将 LP方式缓存模块8中所缓存的MIPI数据长包的每个字节数据顺序取 出并逐一进行并转串操作，以串行方式输出，这些串行比特均根据 MIPI DPHY协议规定的LPDT编码方式转换为MIPI LPDT数据信号 输出至MIPI信号输出模块10，并按COMMAND控制模块1中配置 参数的传输速率设置形成相应串行传输速率。

4.8)MIPI信号输出模块10在启动后，根据COMMAND控制模 块1发送的配置参数中信号传输时序的控制，将接收的两种传输方式 (HSDT方式和LPDT方式)的MIPI HS时钟信号和MIPI HS数据信 号以及MIPI LPDT数据信号根据MIPI DHPY协议整合在一起，形成 标准的MIPI传输信号发送至MIPI模组11显示。

5)COMMAND数据模块2依次将RGB视频信号中的下一行图像 数据转换为COMMAND数据后输出至COMMAND缓存模块3缓存， 并根据MIPI DCS协议在缓存的每一行COMMAND数据的第一个数 据位置上内填入DCS命令3C。

6)MIPI组包模块4依次将缓存的每一行COMMAND数据组成 每一行MIPI数据长包；

7)MIPI组包模块4依次将每一行MIPI数据长包转换为LPDT 或者HSDT数据格式，并发送至MIPI模组11显示，直至一帧图像的 全部图像数据发送至MIPI模组11。具体步骤包括：

7.1)当COMMAND控制模块1从上层接收的配置参数中的信号 传输时序为HSDT传输模式时，COMMAND控制模块1则启动 COMMAND数据模块2、MIPI组包模块4、HS方式数据产生模块5、 HS方式传输模块6、HS方式信号产生模块7和MIPI信号输出模块 10进行相关操作。

7.2)MIPI组包模块4读取COMMAND缓存模块3中缓存的一行 COMMAND数据将其组成MIPI数据长包。

MIPI组包模块4组成MIPI数据长包的过程中，根据RGB分量 顺序配置参数调整每个视频数据的R、G、B分量的前后位置。 MIPI组包模块4根据RGB颜色位宽配置参数对色阶为12bit、16bit 的视频数据的RGB分量拆分成两个高低字节依次填入。

由于FPGA工作时，COMMAND数据模块2、COMMAND缓存 模块3会有延时，故MIPI组包模块4在当前行组包完成后若下一行 数据尚未到来时则自动插入MIPI空包以维持HSDT的传输速率，故 在一帧数据输出时MIPI组包模块4都在工作，而后续HS方式传输模 块6、HS方式信号产生模块7则将这些数据和空包以HSDT数据流不 间断的发送给MIPI模组11，直到所有帧数据全部传输完成。

7.3)HS方式数据产生模块5根据COMMAND控制模块1提供的 模组数据LANE数的参数，将第一行MIPI数据长包分配到相应的1～4 个数据LANE信号线上，之后由HS方式传输模块6将接收MIPI数据 长包转换为MIPI串行数据，并根据配置参数的传输时序生成MIPI HS 时钟信号和MIPI HS数据信号，然后HS方式信号产生模块7将MIPI  HS时钟信号和MIPI HS数据信号输出至MIPI信号输出模块10。

HS方式信号产生模块7根据配置参数中的传输时序分别输出HS 状态下的MIPI HS时钟信号和MIPI HS数据信号以及LP状态下的LP 电平信号。根据MIPI DPHY协议，HS方式信号产生模块7根据传输 时序产生HS状态的传输控制，当传输MIPI HS数据信号则进入HSDT 传输，当未收到数据时则输出信号进入LP电平信号状态。LP电平信 号状态即输出为LVCOMS电平的LP电平信号状态(LP11-02-00)。

7.4)当COMMAND控制模块1从上层接收的配置参数中的信号 传输时序为LPDT传输模式时，COMMAND控制模块1则启动 COMMAND数据模块2、MIPI组包模块4、LP方式缓存模块8、LP 方式传输模块9和MIPI信号输出模块10进行相关操作。

7.5)MIPI组包模块4读取COMMAND缓存模块3中缓存的第一 行COMMAND数据将其组成第一行MIPI数据长包，并将MIPI数据 长包送给LP方式缓存模块8缓存。

7.6)在LP方式缓存模块8缓存完成后则等待若干时间，当达到 发送间隔时间后启动LP方式传输模块9操作。

7.7)LP方式传输模块9在启动后根据MIPI DPHY协议规定，将 LP方式缓存模块8中所缓存的MIPI数据长包的每个字节数据顺序取 出并逐一进行并转串操作，以串行方式输出，这些串行比特均根据 MIPI DPHY协议规定的LPDT编码方式转换为MIPI LPDT数据信号 输出至MIPI信号输出模块10，并按COMMAND控制模块1中配置 参数的传输速率设置形成相应串行传输速率。

7.8)MIPI信号输出模块10在启动后，根据COMMAND控制模 块1发送的配置参数中信号传输时序的控制，将接收的两种传输方式 (HSDT方式和LPDT方式)的MIPI HS时钟信号和MIPI HS数据信 号以及MIPI LPDT数据信号根据MIPI DHPY协议整合在一起，形成 标准的MIPI传输信号发送至MIPI模组11显示。

8)检查是否有新的图像输入，没有输入则暂停操作，有输入则 重复步骤2)～7)。本发明的各个模块当一幅图像的当前帧数据传输给 模组后均暂停工作，直到下一幅图像的新的一帧的起始到来时再重新 将该图像的此帧数据再次发送给MIPI模组11。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的 普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以设计出若 干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的 现有技术。