Cet article a été initialement publié par Electronic Design. Vous pouvez consulter l’article original ici.
22 JUILLET 2024, PAR LE DR MOHAMED HAFED
Les fonctionnalités du MIPI DSI-2 qui vont faire tourner la tête de vos joueurs
Découvrez les nouvelles fonctionnalités offertes par la norme MIPI DSI-2, qui en font l’interface idéale pour les petits écrans.
Ce que vous apprendrez :
- Qu’est-ce que le protocole MIPI DSI-2 ?
- Comment le protocole MIPI DSI-2 permet d’obtenir une latence très faible.
- Comment le protocole MIPI DSI-2 permet la mise en œuvre d’écrans électroniques hautement performants.
Le protocole MIPI DSI-2 de l’Alliance MIPI est l’interface la plus largement adoptée pour les écrans de petit format, tels que ceux que l’on trouve dans les téléphones mobiles ou les casques de réalité augmentée (RA). Initialement optimisée pour les terminaux mobiles, cette spécification d’affichage se caractérise par une latence extrêmement faible et une consommation d’énergie très réduite. Dans cet article, nous décrivons comment ces caractéristiques sont associées à d’autres options hautes performances dans les dernières versions du protocole MIPI DSI-2.
Qu’est-ce que le MIPI DSI-2 ?
Le protocole DSI-2 ( Display Serial Interface ) de MIPI est un protocole de communication par paquets entre un processeur d’application, qui fait office de source vidéo, et un écran, qui fait office de périphérique ou de destinataire de la vidéo. L’écran est généralement équipé d’un circuit intégré de pilotage d’affichage (DDIC) qui reçoit les paquets MIPI DSI-2 et les convertit en lumière visible sur l’écran (Fig. 1).
Comme il s’agit d’un protocole basé sur des paquets, le protocole MIPI DSI-2 peut parfois s’avérer difficile à mettre en œuvre et à déboguer. Cependant, ce niveau de sophistication lui confère également une grande robustesse et de nombreuses fonctionnalités.
Principales fonctionnalités de la norme MIPI DSI-2
Faible latence
Satisfaction immédiate, réactivité tactile instantanée ou interactions en réalité augmentée (RA) d’une stabilité perceptuelle : quel que soit le cas, une faible latence est fondamentale pour toute technologie d’affichage. Cette latence est en grande partie déterminée par la couche physique (PHY), et la couche physique MIPI DSI-2 est, de loin, la plus rapide au monde en termes de latence. Il ne faut que quelques dizaines de nanosecondes à un pilote d’affichage MIPI DSI-2 pour passer du mode veille profonde (basse consommation) à la diffusion de contenu haute résolution.
L’une des façons dont les normes MIPI permettent d’obtenir une faible latence réside dans l’utilisation d’une synchronisation synchrone ou d’une autosynchronisation. Ces solutions offrent une récupération et une adaptation quasi instantanées de la fréquence d’horloge.
Communication entre les périphériques et le contrôleur — Également appelée « rétroaction »
Les meilleures solutions d’affichage sont celles qui permettent à un périphérique (c’est-à-dire un écran) de signaler au contrôleur les événements nécessitant un changement de comportement. Par exemple, un capteur intégré à l’écran peut indiquer au contrôleur de modifier la luminosité. Le protocole MIPI DSI-2 permet ce retour d’information grâce à des mécanismes protocolaires soigneusement mis au point. Nous décrivons ici quelques-uns de ces mécanismes.
Déclencheur depuis le panneau : panneau à rafraîchissement adaptatif (ARP)
Que ce soit pour les jeux vidéo, pour économiser de l’énergie ou pour optimiser l’expérience utilisateur, les technologies d’affichage modernes proposent une fonctionnalité appelée « taux de rafraîchissement adaptatif ». Imaginez que vous admiriez une image fixe de la Joconde. Vous souhaitez sans doute contempler ce tableau pendant un long moment ; il est donc préférable que l’écran rafraîchisse lentement l’image. En revanche, si vous participez à un tournoi d’e-sport, vous souhaitez que votre écran se rafraîchisse à la fréquence la plus élevée possible.
Le protocole MIPI DSI-2 intègre une fonctionnalité de rafraîchissement adaptatif, ce qui est sans doute un aspect peu connu de ce protocole. Dans le cadre du protocole MIPI DSI-2, des interruptions sont échangées afin de permettre la modification dynamique ou adaptative de la fréquence de rafraîchissement de l’écran (fig. 2).
Accusé de réception et rapport d’erreur : une réponse automatique « réussi/échoué »
Le protocole MIPI DSI-2 permet une communication bidirectionnelle grâce à un mécanisme semi-duplex qui ne nécessite aucune broche d’entrée/sortie supplémentaire (fig. 3). Outre l’avantage évident que représente l’économie de broches sur le processeur d’application, cette communication bidirectionnelle inclut un signalement automatique des erreurs, ce qui constitue une fonctionnalité extrêmement utile pour les concepteurs de solutions d’affichage avancées. Le protocole permet par exemple à un DDIC d’indiquer au contrôleur si une erreur de paquet s’est produite ou si des lignes vidéo incomplètes ont été reçues.
Opérations de lecture générales
À mesure que les DDIC gagnent en complexité, ils contiennent de plus en plus de paramètres de registres. Le protocole MIPI DSI-2 définit une série de jeux de commandes d’affichage (DCS) qui aident les concepteurs à mettre en œuvre ces paramètres de registres conformément aux normes. Le contrôleur peut simplement lire une adresse de registre à partir du DDIC et en déduire des informations sur son état. Cette approche normalisée des commandes d’affichage permet de réduire les délais de mise sur le marché tant pour les concepteurs de puces que pour les intégrateurs de systèmes.
Liens secondaires et liens multiples
Les téléphones pliables illustrent bien les solutions d’affichage qui nécessitent une synchronisation parfaite entre des liaisons de communication distinctes. Comme le montre la figure 4, les contraintes physiques liées au pliage du téléphone peuvent entraîner une séparation des faisceaux de câbles électriques entre les deux moitiés de l’écran pliable.
Néanmoins, la norme MIPI DSI-2 permet d’obtenir une solution parfaite sur le plan perceptif, dans laquelle l’œil humain perçoit l’écran comme un seul et même écran continu. Pour ce faire, elle intègre des fonctionnalités au niveau du protocole permettant de diviser un flux vidéo unique en deux couches physiques (PHY) distinctes et de synchroniser automatiquement ces deux couches entre elles.
Outre les smartphones, les casques de réalité augmentée nécessitent également une synchronisation complexe entre deux liaisons. Si vous disposez de deux micro-écrans projetant des images sur votre rétine, il est essentiel que ces images soient parfaitement synchronisées. Dans le cas contraire, le casque pourrait présenter un risque pour la santé et la sécurité.
Génération et diffusion de signaux de synchronisation en mode vidéo
Le protocole MIPI DSI-2 permet au microcontrôleur de générer toutes les informations de synchronisation vidéo contenues dans les paquets envoyés, comme l’illustre la figure 5 avec différents types de paquets tels que VSS, VSE, HSS et HSE. Il s’agit de paquets de synchronisation qui indiquent au DDIC quand rafraîchir des lignes individuelles ou des trames complètes, ce qui est courant dans les solutions d’affichage en mode vidéo.
Surtout, les fonctionnalités du mode vidéo, telles que celles illustrées à la figure 5, contribuent à réduire le coût des solutions DDIC et d’écran, car elles évitent d’avoir à intégrer un tampon de trame (mémoire) au sein du DDIC. Les tampons de trame sont des mémoires physiques intégrées au DDIC, qui peuvent représenter un coût important tant en termes de taille que de coût global de mise en œuvre.
Une application pouvant tirer parti de la synchronisation en mode vidéo du contrôleur est, par exemple, une application de streaming, par exemple dans une voiture. Le streaming signifie que le contrôleur envoie en continu des vidéos à l’écran afin de fournir à l’utilisateur des informations importantes en temps réel, telles que des instructions de navigation superposées à la scène réelle pendant la conduite (fig. 6).
Autres caractéristiques du protocole MIPI DSI-2
Le protocole MIPI DSI-2 regorge d’autres fonctionnalités exceptionnelles qui en font un protocole véritablement hautement performant pour les écrans de toutes tailles. Parmi celles-ci figurent une structure de paquets flexible permettant d’atteindre des fréquences d’images extrêmement élevées, des algorithmes de compression basés sur plusieurs normes VESA (Video Electronics Standards Association), ainsi que des extensions relatives à la sécurité fonctionnelle et à la sécurité pour les applications automobiles.
Le protocole MIPI DSI-2 a fait son apparition il y a près de 20 ans dans les téléphones mobiles. Il a ensuite été adapté aux écrans les plus minuscules, capables de projeter des images directement sur la rétine humaine, et il est aujourd’hui utilisé dans des applications automobiles où la sécurité est primordiale.
