4. CSI-2 数据包格式：长包与短包结构

MIPI CSI-2 协议在 D-PHY 物理层之上定义了分层的数据包传输机制。所有图像数据、控制信息与错误检测均通过两种基本包结构完成：短包 (Short Packet) 和 长包 (Long Packet)。理解这两种包的格式是设计 CSI-2 接收端 DMA 控制器的前提。

4.1 短包 (Short Packet) 结构

短包用于传输帧同步、行同步以及事件触发等控制信息。其长度固定为 4 字节，不携带图像数据负载。

4.2 长包 (Long Packet) 结构

长包用于传输像素数据、嵌入式数据块等负载。其结构包含包头 (Packet Header, PH)、数据负载 (Payload) 和包尾 (Packet Footer, PF)。

4.3 包头 (Header) 与包尾 (Footer) 字段解析

4.3.1 Data ID 字段

Data ID 是包头的第一个字节，由高 2 位的虚拟通道标识 (Virtual Channel, VC) 和低 6 位的数据类型 (Data Type, DT) 组成。

• VC[1:0]：支持最多 4 个虚拟通道 (VC0~VC3)，用于在同一物理链路上复用多路摄像头数据流。
• DT[5:0]：定义负载数据的格式与内容，常见值包括：
  • 0x00：帧开始 (Frame Start, FS)
  • 0x01：帧结束 (Frame End, FE)
  • 0x02：行开始 (Line Start, LS)
  • 0x03：行结束 (Line End, LE)
  • 0x1E：嵌入式 8 位数据 (Embedded 8-bit Data)
  • 0x2A~0x2F：YUV 420 格式
  • 0x30~0x37：RGB 格式
  • 0x40~0x4F：RAW 格式 (RAW6/RAW7/RAW8/RAW10/RAW12/RAW14/RAW16/RAW20)

4.3.2 Word Count (WC) 字段

对于长包，WC 表示数据负载的字节数（不包括包头和包尾）。对于短包，WC 用于传递控制信息（如帧号或行号）。

4.3.3 ECC (Error Correction Code) 字段

ECC 是包头中的最后一个字节，采用汉明码 (Hamming Code) 对前 24 位（Data ID + WC）进行保护。

• 纠错能力：单比特错误纠正 (SEC)，双比特错误检测 (DED)。
• 生成多项式：基于 (24, 16) 汉明码扩展，增加一个全局偶校验位。
• 硬件实现：在 FPGA 中通常使用组合逻辑实现 ECC 校验矩阵，延迟仅 1~2 个时钟周期。

// ECC 校验伪代码 (Verilog 风格)
// 输入: data_id[7:0], wc[15:0]
// 输出: ecc_expected[7:0]
assign ecc_expected[0] = data_id[0] ^ data_id[1] ^ data_id[3] ^ data_id[4] ^ wc[0] ^ wc[2] ^ wc[4] ^ wc[6] ^ wc[8] ^ wc[10] ^ wc[12] ^ wc[14];
assign ecc_expected[1] = data_id[0] ^ data_id[2] ^ data_id[3] ^ data_id[5] ^ wc[1] ^ wc[2] ^ wc[5] ^ wc[6] ^ wc[9] ^ wc[10] ^ wc[13] ^ wc[14];
// ... 其余位类似
assign ecc_expected[6] = ^(data_id ^ wc[15:0]); // 全局偶校验
assign ecc_expected[7] = 1'b0; // 保留位

4.3.4 CRC (Cyclic Redundancy Check) 字段

包尾的 CRC-16 校验码覆盖整个数据负载区域，用于检测传输过程中的比特错误。

4.4 ECC 与 CRC 校验的协同工作

在 CSI-2 接收链路中，ECC 和 CRC 分别保护不同的数据区域，形成分层错误检测机制：

• ECC：保护包头 (PH) 的 3 个字节，确保 WC 值正确解析。若 ECC 校验失败且无法纠正，接收端应丢弃整个长包。
• CRC：保护数据负载 (Payload)，确保像素数据完整性。CRC 错误通常触发重传请求或错误标记。