# MIPI CSI

## 概述

### 功能简介

CSI（Camera Serial Interface）是由MIPI联盟下Camera工作组指定的接口标准。CSI-2是MIPI CSI第二版，主要由应用层、协议层、物理层组成，最大支持4通道数据传输、单线传输速度高达1Gb/s。

物理层支持HS（High Speed）和LP（Low Speed）两种工作模式。HS模式下采用低压差分信号，功耗较大，但数据传输速率可以很高（数据速率为80M～1Gbps）；LP模式下采用单端信号，数据速率很低（<10Mbps），但是相应的功耗也很低。两种模式的结合保证了MIPI总线在需要传输大量数据（如图像）时可以高速传输，而在不需要传输大数据量时又能够减少功耗。

图1显示了简化的CSI接口。D-PHY采用1对源同步的差分时钟和1～4对差分数据线来进行数据传输。数据传输采用DDR方式，即在时钟的上下边沿都有数据传输。

  **图 1**  CSI发送、接收接口
![](figures/CSI发送-接收接口.png)

MIPI CSI标准分为应用层、协议层与物理层，协议层又细分为像素字节转换层、低级协议层、Lane管理层。

- 物理层（PHY Layer）

  PHY层指定了传输媒介，在电气层面从串行bit流中捕捉“0”与“1”，同时生成SoT与EoT等信号。

- 协议层（Protocol Layer）

  协议层由三个子层组成，每个子层有不同的职责。CSI-2协议能够在host侧处理器上用一个单独的接口处理多条数据流。协议层规定了多条数据流该如何标记和交织起来，以便每条数据流能够被正确地恢复出来。

  - 像素字节转换层（Pixel/Byte Packing/Unpacking Layer）

    CSI-2规范支持多种不同像素格式的图像应用。在发送方中，本层在发送数据到Low Level Protocol层之前，将来自应用层的像素封包为字节数据。在接收方中，本层在发送数据到应用层之前，将来自Low Level Protocol层的字节数据解包为像素。8位的像素数据在本层中传输时保持不变。

  - 低级协议层（Low Level Protocol）

    LLP主要包含了在SoT和EoT事件之间的bit和byte级别的同步方法，以及和下一层传递数据的方法。LLP最小数据粒度是1个字节。LLP也包含了一个字节内的bit值解析，即Endian(大小端里的Endian的意思)的处理。

  - Lane管理层（Lane Management）

    CSI-2的Lane是可扩展的。具体的数据Lane的数量规范并没有给出限制，具体根据应用的带宽需求而定。发送侧分发（distributor功能）来自出口方向数据流的字节到1条或多条Lane上。接收侧则从一条或多条Lane中收集字节并合并（merge功能）到一个数据流上，复原出原始流的字节顺序。对于C-PHY物理层来说，本层专门分发字节对（16 bits）到数据Lane或从数据Lane中收集字节对。基于每Lane的扰码功能是可选特性。

    协议层的数据组织形式是包（packet）。接口的发送侧会增加包头（header）和错误校验（error-checking）信息到即将被LLP发送的数据上。接收侧在LLP将包头剥掉，包头会被接收器中对应的逻辑所解析。错误校验信息可以用来做入口数据的完整性检查。

- 应用层（Application Layer）

  本层描述了更高层级的应用对于数据中的数据的处理，规范并不涵盖应用层。CSI-2规范只给出了像素值和字节的映射关系。

### 运作机制

MIPI CSI模块各分层的作用为：

- 接口层提供打开设备、写入数据和关闭设备的接口。
- 核心层主要提供绑定设备、初始化设备以及释放设备的能力。
- 适配层实现其它具体的功能。

![](../public_sys-resources/icon-note.gif) **说明：**<br>核心层可以调用接口层的函数，核心层通过钩子函数调用适配层函数，从而适配层可以间接的调用接口层函数，但是不可逆转接口层调用适配层函数。

![image1](figures/无服务模式结构图.png)

## 开发指导

### 场景介绍

MIPI CSI仅是一个软件层面的概念，主要工作是CSI资源管理。开发者可以通过使用提供的CSI操作接口，实现对CSI资源管理。当驱动开发者需要将MIPI CSI设备适配到OpenHarmony时，需要进行MIPI CSI驱动适配，下文将介绍如何进行MIPI CSI驱动适配。

### 接口说明

为了保证上层在调用MIPI CSI接口时能够正确的操作硬件，核心层在//drivers/hdf_core/framework/support/platform/include/mipi/mipi_csi_core.h中定义了以下钩子函数。驱动适配者需要在适配层实现这些函数的具体功能，并与这些钩子函数挂接，从而完成接口层与核心层的交互。

MipiCsiCntlrMethod定义：

```c
struct MipiCsiCntlrMethod {
    int32_t (*setComboDevAttr)(struct MipiCsiCntlr *cntlr, ComboDevAttr *pAttr);
    int32_t (*setPhyCmvmode)(struct MipiCsiCntlr *cntlr, uint8_t devno, PhyCmvMode cmvMode);
    int32_t (*setExtDataType)(struct MipiCsiCntlr *cntlr, ExtDataType* dataType);
    int32_t (*setHsMode)(struct MipiCsiCntlr *cntlr, LaneDivideMode laneDivideMode);
    int32_t (*enableClock)(struct MipiCsiCntlr *cntlr, uint8_t comboDev);
    int32_t (*disableClock)(struct MipiCsiCntlr *cntlr, uint8_t comboDev);
    int32_t (*resetRx)(struct MipiCsiCntlr *cntlr, uint8_t comboDev);
    int32_t (*unresetRx)(struct MipiCsiCntlr *cntlr, uint8_t comboDev);
    int32_t (*enableSensorClock)(struct MipiCsiCntlr *cntlr, uint8_t snsClkSource);
    int32_t (*disableSensorClock)(struct MipiCsiCntlr *cntlr, uint8_t snsClkSource);
    int32_t (*resetSensor)(struct MipiCsiCntlr *cntlr, uint8_t snsResetSource);
    int32_t (*unresetSensor)(struct MipiCsiCntlr *cntlr, uint8_t snsResetSource);
};
```
**表1** MipiCsiCntlrMethod成员的钩子函数功能说明
| 成员函数           | 入参                                                         | 出参 | 返回状态           | 功能                       |
| ------------------ | ------------------------------------------------------------ | ---- | ------------------ | -------------------------- |
| setComboDevAttr    | **cntlr**：结构体指针，MipiCsi控制器 ;<br>**pAttr**：结构体指针，MIPI CSI相应配置结构体指针 | 无   | HDF_STATUS相关状态 | 写入MIPI CSI配置           |
| setPhyCmvmode      | **cntlr**：结构体指针，MipiCsi控制器 ;<br>**devno**：uint8_t，设备编号;<br>**cmvMode**：枚举类型，共模电压模式参数 | 无   | HDF_STATUS相关状态 | 设置共模电压模式           |
| setExtDataType     | **cntlr**：结构体指针，MipiCsi控制器 ;<br>**dataType**：结构体指针，定义YUV和原始数据格式以及位深度 | 无   | HDF_STATUS相关状态 | 设置YUV和RAW数据格式和位深 |
| setHsMode          | **cntlr**：结构体指针，MipiCsi控制器 ;<br>**laneDivideMode**：枚举类型，Lane模式参数 | 无   | HDF_STATUS相关状态 | 设置MIPI RX的Lane分布     |
| enableClock        | **cntlr**：结构体指针，MipiCsi控制器 ;<br>**comboDev**：uint8_t，通路序号 | 无   | HDF_STATUS相关状态 | 使能MIPI的时钟             |
| disableClock       | **cntlr**：结构体指针，MipiCsi控制器 ;<br/>**comboDev**：uint8_t，通路序号 | 无   | HDF_STATUS相关状态 | 关闭MIPI的时钟             |
| resetRx            | **cntlr**：结构体指针，MipiCsi控制器 ;<br/>**comboDev**：uint8_t，通路序号 | 无   | HDF_STATUS相关状态 | 复位MIPI RX                |
| unresetRx          | **cntlr**：结构体指针，MipiCsi控制器 ;<br/>**comboDev**：uint8_t，通路序号 | 无   | HDF_STATUS相关状态 | 撤销复位MIPI RX            |
| enableSensorClock  | **cntlr**：结构体指针，MipiCsi控制器 ;<br/>**snsClkSource**：uint8_t，传感器的时钟信号线号 | 无   | HDF_STATUS相关状态 | 使能MIPI上的Sensor时钟     |
| disableSensorClock | **cntlr**：结构体指针，MipiCsi控制器 ;<br/>**snsClkSource**：uint8_t，传感器的时钟信号线号 | 无   | HDF_STATUS相关状态 | 关闭MIPI上的Sensor时钟     |
| resetSensor        | **cntlr**：结构体指针，MipiCsi控制器 ;<br/>**snsClkSource**：uint8_t，传感器的时钟信号线号 | 无   | HDF_STATUS相关状态 | 复位Sensor                 |
| unresetSensor      | **cntlr**：结构体指针，MipiCsi控制器 ;<br/>**snsClkSource**：uint8_t，传感器的时钟信号线号 | 无   | HDF_STATUS相关状态 | 撤销复位Sensor      |   

### 开发步骤

MIPI CSI模块适配的三个必选环节是配置属性文件、实例化驱动入口、以及实例化核心层接口函数。

1. 配置属性文件：   

   - 在device_info.hcs文件中添加deviceNode描述。
   - 【可选】添加mipicsi_config.hcs器件属性文件。

2. 实例化驱动入口：
   
   - 实例化HdfDriverEntry结构体成员。
   - 调用HDF_INIT将HdfDriverEntry实例化对象注册到HDF框架中。
   
3. 实例化MIPI CSI控制器对象：
   
   - 初始化MipiCsiCntlr成员。
   - 实例化MipiCsiCntlr成员MipiCsiCntlrMethod。
     >![](../public_sys-resources/icon-note.gif) **说明：**<br>
     >实例化MipiCsiCntlr成员MipiCsiCntlrMethod，其定义和成员说明见[接口说明](#接口说明)。
   
4. 驱动调试：

   【可选】针对新增驱动程序，建议验证驱动基本功能，例如挂载后的信息反馈，数据传输的成功与否等。


### 开发实例 

下方将以mipi_rx_hi35xx.c为示例，展示需要厂商提供哪些内容来完整实现设备功能。


1. 一般来说，驱动开发首先需要新增mipicsi_config.hcs配置文件，在其中配置器件属性，并在//vendor/hisilicon/hispark_taurus/hdf_config/device_info/device_info.hcs文件中添加deviceNode描述。deviceNode与配置属性的对应关系是依靠deviceMatchAttr字段来完成的。只有当deviceNode下的deviceMatchAttr字段与配置属性文件中的match_attr字段完全相同时，驱动才能正确读取配置数据。

   器件属性值与核心层MipiCsiCntlr 成员的默认值或限制范围有密切关系，deviceNode信息与驱动入口注册相关。

   >![icon-note.gif](../public_sys-resources/icon-note.gif) **说明：**<br>
   >本例中MIPI控制器配置属性在源文件中，没有新增配置文件，驱动适配者如有需要，可在device_info.hcs文件的deviceNode增加deviceMatchAttr字段，同时新增mipicsi_config.hcs文件，并使其match_attr字段与之相同。

   device_info.hcs配置参考

   ```c
   root {
        device_info {
            match_attr = "hdf_manager";
            platform :: host {
                hostName = "platform_host";
                priority = 50;
                device_mipi_csi:: device {
                	device0 :: deviceNode {
                        policy = 0;
                        priority = 160;
                        permission = 0644;
                        moduleName = "HDF_MIPI_RX";  // 【必要】用于指定驱动名称，需要与期望的驱动Entry中的moduleName一致。
                        serviceName = "HDF_MIPI_RX"; // 【必要且唯一】驱动对外发布服务的名称
                    }
                }
            }
        }
   }
   ```

2. 完成器件属性文件的配置之后，下一步请实例化驱动入口。

   驱动入口必须为HdfDriverEntry（在hdf_device_desc.h中定义）类型的全局变量，且moduleName要和device_info.hcs中保持一致。HdfDriverEntry结构体的函数指针成员需要被驱动适配者操作函数填充，HDF框架会将所有加载的驱动的HdfDriverEntry对象首地址汇总，形成一个类似数组，方便调用。

   一般在加载驱动时HDF框架会先调用Bind函数，再调用Init函数加载该驱动。当Init调用异常时，HDF框架会调用Release释放驱动资源并退出。

   MIPI CSI驱动入口参考

   ```c
   struct HdfDriverEntry g_mipiCsiDriverEntry = {
       .moduleVersion = 1,
       .Init = Hi35xxMipiCsiInit,          // 见Init开发参考
       .Release = Hi35xxMipiCsiRelease,    // 见Release开发参考
       .moduleName = "HDF_MIPI_RX",        // 【必要】需要与device_info.hcs 中保持一致
   };
   HDF_INIT(g_mipiCsiDriverEntry);         // 调用HDF_INIT将驱动入口注册到HDF框架中
   ```

3. 完成驱动入口注册之后，最后一步就是以核心层MipiCsiCntlr对象的初始化为核心，实现HdfDriverEntry成员函数（Bind，Init，Release）。

   MipiCsiCntlr对象的初始化包括驱动适配者自定义结构体（用于传递参数和数据）和实例化MipiCsiCntlr成员MipiCsiCntlrMethod（让用户可以通过接口来调用驱动底层函数）。

   - 自定义结构体参考 

      从驱动的角度看，自定义结构体是参数和数据的载体，一般来说，config文件中的数值也会用来初始化结构体成员，本例的mipicsi器件属性在源文件中，故基本成员结构与MipiCsiCntlr无太大差异。

      ```c
      typedef struct {
          /** 数据类型：8/10/12/14/16位 */
          DataType inputDataType;
          /** MIPI波分复用模式 */
          MipiWdrMode wdrMode;
          /** laneId: -1 - 禁用 */
          short laneId[MIPI_LANE_NUM];
      
          union {
              /** 用于 HI_MIPI_WDR_MODE_DT */
              short dataType[WDR_VC_NUM];
          };
      } MipiDevAttr;
      
      typedef struct {
          /** 设备号 */
          uint8_t devno;
          /** 输入模式: MIPI/LVDS/SUBLVDS/HISPI/DC */
          InputMode inputMode;
          MipiDataRate dataRate;
          /** MIPI Rx设备裁剪区域（与原始传感器输入图像大小相对应） */
          ImgRect imgRect;
      
          union {
              MipiDevAttr mipiAttr;
              LvdsDevAttr lvdsAttr;
          };
      } ComboDevAttr;
      
      /* MipiCsiCntlr是核心层控制器结构体，其中的成员在Init函数中会被赋值。 */
      struct MipiCsiCntlr {
          /** 当驱动程序绑定到HDF框架时，将发送此控制器提供的服务。 */
          struct IDeviceIoService service;
          /** 当驱动程序绑定到HDF框架时，将传入设备端指针。 */
          struct HdfDeviceObject *device;
          /** 设备号 */
          unsigned int devNo;
          /** 控制器提供的所有接口 */
          struct MipiCsiCntlrMethod *ops;
          /** 对于控制器调试的所有接口，如果未实现驱动程序，则需要null。 */
          struct MipiCsiCntlrDebugMethod *debugs;
          /** 控制器上下文参数变量 */
          MipiDevCtx ctx;
          /** 访问控制器上下文参数变量时锁定 */
          OsalSpinlock ctxLock;
          /** 操作控制器时锁定方法 */
          struct OsalMutex lock;
          /** 匿名数据指针，用于存储csi设备结构。 */
          void *priv;
      };
      ```

   - MipiCsiCntlr成员钩子函数结构体MipiCsiCntlrMethod的实例化

      >![](../public_sys-resources/icon-note.gif) **说明：**<br>
      >其他成员在Init函数中初始化。

      ```c
      static struct MipiCsiCntlrMethod g_method = {
          .setComboDevAttr = Hi35xxSetComboDevAttr,
          .setPhyCmvmode = Hi35xxSetPhyCmvmode,
          .setExtDataType = Hi35xxSetExtDataType,
          .setHsMode = Hi35xxSetHsMode,
          .enableClock = Hi35xxEnableClock,
          .disableClock = Hi35xxDisableClock,
          .resetRx = Hi35xxResetRx,
          .unresetRx = Hi35xxUnresetRx,
          .enableSensorClock = Hi35xxEnableSensorClock,
          .disableSensorClock = Hi35xxDisableSensorClock,
          .resetSensor = Hi35xxResetSensor,
          .unresetSensor = Hi35xxUnresetSensor
      };
      ```

   - Init函数开发参考

      入参：

      HdfDeviceObject是整个驱动对外暴露的接口参数，具备HCS配置文件的信息。

      返回值：

      HDF_STATUS相关状态（下表为部分展示，如需使用其他状态，可见//drivers/hdf_core/framework/include/utils/hdf_base.h中HDF_STATUS定义）。

      **表2** HDF_STATUS返回值描述

      | 状态(值)               |   问题描述   |
      | :--------------------- | :----------: |
      | HDF_ERR_INVALID_OBJECT |   无效对象   |
      | HDF_ERR_MALLOC_FAIL    | 内存分配失败 |
      | HDF_ERR_INVALID_PARAM  |   无效参数   |
      | HDF_ERR_IO             |   I/O 错误   |
      | HDF_SUCCESS            |   执行成功   |
      | HDF_FAILURE            |   执行失败   |

      函数说明：

      MipiCsiCntlrMethod的实例化对象的挂载，调用MipiCsiRegisterCntlr，以及其他驱动适配者自定义初始化操作。

      ```c
      static int32_t Hi35xxMipiCsiInit(struct HdfDeviceObject *device)
      {
          int32_t ret;
      
          HDF_LOGI("%s: enter!", __func__);
          g_mipiCsi.priv = NULL;		                     // g_mipiTx是定义的全局变量
          							                     // static struct MipiCsiCntlr g_mipiCsi = {
          							                     //     .devNo = 0
      								                     // };
          g_mipiCsi.ops = &g_method;	                     // MipiCsiCntlrMethod的实例化对象的挂载
      #ifdef CONFIG_HI_PROC_SHOW_SUPPORT
          g_mipiCsi.debugs = &g_debugMethod;
      #endif
          ret = MipiCsiRegisterCntlr(&g_mipiCsi, device); // 【必要】调用核心层函数和g_mipiTx初始化核心层全局变量
          if (ret != HDF_SUCCESS) {
              HDF_LOGE("%s: [MipiCsiRegisterCntlr] failed!", __func__);
              return ret;
          }
      
          ret = MipiRxDrvInit();                          // 【必要】驱动适配者对设备的初始化，形式不限。
          if (ret != HDF_SUCCESS) {
              HDF_LOGE("%s: [MipiRxDrvInit] failed.", __func__);
              return ret;
          }
      #ifdef MIPICSI_VFS_SUPPORT
          ret = MipiCsiDevModuleInit(g_mipiCsi.devNo);
          if (ret != HDF_SUCCESS) {
              HDF_LOGE("%s: [MipiCsiDevModuleInit] failed!", __func__);
              return ret;
          }
      #endif
      
          OsalSpinInit(&g_mipiCsi.ctxLock);
          HDF_LOGI("%s: load mipi csi driver success!", __func__);
      
          return ret;
      }
      
      /* mipi_csi_core.c核心层 */
      int32_t MipiCsiRegisterCntlr(struct MipiCsiCntlr *cntlr, struct HdfDeviceObject *device)
      {
      ...
      /* 定义的全局变量：static struct MipiCsiHandle g_mipiCsihandle[MAX_CNTLR_CNT]; */
          if (g_mipiCsihandle[cntlr->devNo].cntlr == NULL) {
              (void)OsalMutexInit(&g_mipiCsihandle[cntlr->devNo].lock);
              (void)OsalMutexInit(&(cntlr->lock));
      
              g_mipiCsihandle[cntlr->devNo].cntlr = cntlr;	// 初始化MipiCsiHandle成员
              g_mipiCsihandle[cntlr->devNo].priv = NULL;
              cntlr->device = device;		                // 使HdfDeviceObject与MipiCsiHandle可以相互转化的前提
              device->service = &(cntlr->service);			// 使HdfDeviceObject与MipiCsiHandle可以相互转化的前提
              cntlr->priv = NULL;
              HDF_LOGI("%s: success.", __func__);
      
              return HDF_SUCCESS;
          }
      
          HDF_LOGE("%s: cntlr already exists.", __func__);
          return HDF_FAILURE;
      }
      ```

   - Release函数开发参考

      入参：

      HdfDeviceObject是整个驱动对外暴露的接口参数，具备HCS配置文件的信息。

      返回值：

      无

      函数说明：

      该函数需要在驱动入口结构体中赋值给Release接口，当HDF框架调用Init函数初始化驱动失败时，可以调用Release释放驱动资源，该函数中需包含释放内存和删除控制器等操作。

      >![icon-note.gif](../public_sys-resources/icon-note.gif) **说明：**<br>
      >所有强制转换获取相应对象的操作前提是在Init函数中具备对应赋值的操作。

      ```c
      static void Hi35xxMipiCsiRelease(struct HdfDeviceObject *device)
      {
          struct MipiCsiCntlr *cntlr = NULL;
      	...
          cntlr = MipiCsiCntlrFromDevice(device);	// 这里有HdfDeviceObject到MipiCsiCntlr的强制转化
                                              	    // return (device == NULL) ? NULL : (struct MipiCsiCntlr *)device->service;
      	...
      
          OsalSpinDestroy(&cntlr->ctxLock);
      #ifdef MIPICSI_VFS_SUPPORT
          MipiCsiDevModuleExit(cntlr->devNo);
      #endif
          MipiRxDrvExit();				            // 【必要】对设备所占资源的释放
          MipiCsiUnregisterCntlr(&g_mipiCsi);		// 空函数
          g_mipiCsi.priv = NULL;
      
          HDF_LOGI("%s: unload mipi csi driver success!", __func__);
      }
      ```