標(biāo)準(zhǔn)化是下一代車(chē)載傳感器和顯示器連接的關(guān)鍵

圖像傳感器和顯示器處于汽車(chē)開(kāi)發(fā)的前沿，在安全、自動(dòng)化和用戶體驗(yàn)方面實(shí)現(xiàn)了突破。為了充分發(fā)揮這些技術(shù)的潛力，制造商需要標(biāo)準(zhǔn)化的傳感器和顯示接口，以簡(jiǎn)化集成并滿足未來(lái)應(yīng)用的功能和性能需求。

高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）、數(shù)字駕駛艙、車(chē)載信息娛樂(lè)服務(wù)和自動(dòng)駕駛系統(tǒng)（ADS）正在創(chuàng)造對(duì)更多攝像頭、傳感器和顯示器的需求。后備攝像頭、車(chē)道保持和標(biāo)志檢測(cè)傳感器以及 360 度攝像頭、激光雷達(dá)和雷達(dá)系統(tǒng)等新興功能正在增加對(duì)高帶寬、低延遲、非對(duì)稱(chēng)網(wǎng)絡(luò)連接的需求。功能安全性、安全性和可靠性對(duì)于這些鏈接至關(guān)重要。

車(chē)輛周?chē)滦蛨D像傳感器的激增和車(chē)載顯示器數(shù)量的增加推動(dòng)了對(duì)滿足功能安全和安保要求的高性能數(shù)據(jù)鏈路的需求。

汽車(chē)制造商需要在日益嚴(yán)格的空間、重量、成本和能耗限制下集成這些組件和接口。分散的技術(shù)對(duì)這項(xiàng)任務(wù)構(gòu)成了重大挑戰(zhàn)。迄今為止，汽車(chē)行業(yè)不得不依賴(lài)專(zhuān)有的物理層接口，這使得集成和遵守質(zhì)量和監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)變得更加昂貴、復(fù)雜和耗時(shí)，從而限制了汽車(chē)制造商對(duì)技術(shù)和供應(yīng)商的選擇。

基于標(biāo)準(zhǔn)的攝像頭、傳感器和顯示器連接方法對(duì)于未來(lái)的汽車(chē)架構(gòu)至關(guān)重要。在本部分中，我們將探討標(biāo)準(zhǔn)化如何為汽車(chē)行業(yè)提供與許多其他技術(shù)領(lǐng)域相同的好處：互操作性、簡(jiǎn)化的集成、更快的上市時(shí)間、更低的成本、更大的供應(yīng)商生態(tài)系統(tǒng)和加速創(chuàng)新。

物理層基礎(chǔ)

MIPI聯(lián)盟開(kāi)發(fā)了MIPI A-PHY，這是第一個(gè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的非對(duì)稱(chēng)長(zhǎng)距離串行器/解串器（SerDes）物理層接口，作為標(biāo)準(zhǔn)化圖像傳感器和顯示器連接的第一步。A-PHY 是 MIPI 汽車(chē) SerDes 解決方案 （MASS） 的基礎(chǔ)，MIPI 汽車(chē) SerDes 解決方案 （MASS） 是一個(gè)端到端框架，用于通過(guò) MIPI 攝像頭串行接口 （MIPI CSI-2）、MIPI 顯示串行接口 （MIPI DSI-2） 和其他協(xié)議連接車(chē)內(nèi)的攝像頭、傳感器和顯示器。A-PHY 和 MASS 共同提供了一個(gè)框架，該框架還構(gòu)建了功能安全、安保和數(shù)據(jù)保護(hù)。

A-PHY 旨在為車(chē)輛中任何地方的汽車(chē)圖像傳感器和顯示器及其相關(guān)電子控制單元 （ECU） 提供高性能鏈接。它在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或菊花鏈拓?fù)渲刑峁┓菍?duì)稱(chēng)數(shù)據(jù)鏈路，具有高速單向數(shù)據(jù)、嵌入式雙向控制數(shù)據(jù)以及通過(guò)單根同軸電纜或屏蔽差分對(duì) （SDP） 電纜提供的可選功率。由于 A-PHY 專(zhuān)為高速非對(duì)稱(chēng)數(shù)據(jù)傳輸而構(gòu)建，因此它補(bǔ)充了汽車(chē)以太網(wǎng)等對(duì)稱(chēng)骨干技術(shù)。A-PHY 針對(duì)將資源受限的邊緣組件連接到計(jì)算節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了優(yōu)化，在一個(gè)方向上提供高帶寬，同時(shí)允許邊緣組件更小、更簡(jiǎn)單。

MIPI A-PHY v1.0 支持高達(dá) 16 千兆位/秒 （Gbps） 的下行鏈路數(shù)據(jù)速率和 100 兆位/秒 （Mbps） 的上行鏈路。

去年推出的 A-PHY v1.0 包括以下功能：

高可靠性—10-19 的超低數(shù)據(jù)包錯(cuò)誤率，或車(chē)輛生命周期內(nèi)小于 1 個(gè)錯(cuò)誤

高彈性—在具有挑戰(zhàn)性的汽車(chē)條件下對(duì)電磁兼容性 （EMC） 影響具有超高抗擾度

伸展距離 — 長(zhǎng)達(dá) 15 米

高性能 — 下行鏈路數(shù)據(jù)速率高達(dá) 16 千兆位/秒 （Gbps），上行鏈路 100 兆位/秒 （Mbps）

低延遲 — 固定延遲低至 ~6μs，具體取決于速度檔位

A-PHY v1.1計(jì)劃于今年晚些時(shí)候由MIPI聯(lián)盟發(fā)布，通過(guò)支持星形四聯(lián)線（STQ）電纜上的雙下行鏈路，將最大下行鏈路數(shù)據(jù)速率從16 Gbps提高到32 Gbps。它還將使上行鏈路速度從100 Mbps提高到200 Mbps。此外，A-PHY v1.1 將 PAM4 編碼擴(kuò)展到低檔（G1 和 G2），從而降低這些齒輪的工作帶寬，并允許 OEM、一級(jí)供應(yīng)商和供應(yīng)商使用成本較低的傳統(tǒng)電纜和連接器實(shí)施 A-PHY。

利用現(xiàn)有界面簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)

使用A-PHY，制造商可以使用圖像傳感器和顯示協(xié)議（例如MIPI CSI-2和DSI-2以及VESA Embedded DisplayPort/DisplayPort）（VESA eDP / DP））在整個(gè)車(chē)輛中構(gòu)建端到端鏈路，這些協(xié)議已經(jīng)廣泛用于當(dāng)今的汽車(chē)應(yīng)用。

MIPI A-PHY 可以直接嵌入到車(chē)輛圖像傳感器、顯示器和 ECU 中，允許直接的端到端數(shù)據(jù)鏈路，并在每個(gè)點(diǎn)實(shí)施功能安全、安保和 HDCP 服務(wù)。

A-PHY 可以分階段實(shí)施。初始實(shí)施可能會(huì)在短距離 C-PHY 或 D-PHY 接口上使用 CSI-2 和 DSI-2，并與長(zhǎng)距離 A-PHY 建立“橋接”。這些初始實(shí)施消除了對(duì)專(zhuān)有橋接的需求，減少了供應(yīng)商鎖定并提高了規(guī)模經(jīng)濟(jì)。通過(guò)將 A-PHY 直接集成到傳感器和顯示器中，A-PHY 實(shí)現(xiàn)將變得更加簡(jiǎn)化，允許與 ECU 進(jìn)行端到端 A-PHY 鏈接，如上圖所示。沒(méi)有橋接器，制造商可以進(jìn)一步降低成本、復(fù)雜性、功耗和重量。在某些情況下，集成可能首先發(fā)生在 A-PHY 鏈路的一端或另一端，例如先集成到圖形處理器中，然后再集成到顯示模塊中。

全棧實(shí)施

如前所述，基于A-PHY構(gòu)建的MIPI汽車(chē)SerDes解決方案（MASS）創(chuàng)建了一個(gè)完整的汽車(chē)連接堆棧，包括更高層的應(yīng)用協(xié)議，A-PHY適配層，標(biāo)準(zhǔn)化的MIPI相機(jī)命令集（MIPI CCS）和顯示命令集（MIPI DCS）以及功能安全和安保使能器。

MASS 協(xié)議棧從應(yīng)用程序擴(kuò)展到物理層。

如圖所示，位于 A-PHY 上方的是協(xié)議適配層 （PAL），它們將更高層的協(xié)議（包括 MIPI CSI-2、MIPI DSI-2 和 VESA eDP/DP）映射到 A-PHY 的 A-Packet 格式。此外，還支持用于命令和控制的接口的 PAL。

在下一層，MIPI攝像頭服務(wù)擴(kuò)展（CSE）和顯示服務(wù)擴(kuò)展（DSE）規(guī)范定義了在協(xié)議級(jí)別應(yīng)用的功能安全和安保服務(wù)，以保護(hù)汽車(chē)數(shù)據(jù)流。除了 A-PHY 的功能外，這些服務(wù)還提供 ISO 26262 汽車(chē)安全標(biāo)準(zhǔn)中定義的功能，為工程師提供構(gòu)建滿足從 ASIL B 到 ASIL D 的任何級(jí)別 ASIL（汽車(chē)安全完整性等級(jí)）要求的系統(tǒng)所需的工具。

MASS中提供的關(guān)鍵功能安全推動(dòng)因素包括：

幀計(jì)數(shù)器 - 檢測(cè)顯示器上的凍結(jié)幀，以防止出現(xiàn)來(lái)自安全關(guān)鍵型攝像機(jī)的視頻流凍結(jié)等情況

鏈路檢測(cè)故障 — 檢測(cè)中斷數(shù)據(jù)流的總線故障

超時(shí)監(jiān)視器 - 檢測(cè)攝像機(jī)或顯示器與 ECU 之間的任何臨時(shí)數(shù)據(jù)丟失

循環(huán)冗余校驗(yàn) — 檢測(cè)數(shù)據(jù)的意外更改，以便針對(duì)損壞采取糾正措施

消息計(jì)數(shù)器 - 通過(guò)為每個(gè)數(shù)據(jù)包分配一個(gè)編號(hào)來(lái)提供重放保護(hù)，該編號(hào)可用于檢測(cè)攻擊者重播同一郵件的嘗試

此外，DSE 還支持可選的高帶寬數(shù)字內(nèi)容保護(hù) （HDCP） 服務(wù)，該服務(wù)可通過(guò) DSI-2 和 VESA eDP/DP 顯示鏈路實(shí)現(xiàn)。HDCP 可防止未經(jīng)授權(quán)復(fù)制顯示內(nèi)容，尤其是車(chē)載娛樂(lè)內(nèi)容。

機(jī)密性、完整性和身份驗(yàn)證的安全推動(dòng)因素將通過(guò)未來(lái)的 MIPI 安全規(guī)范以及對(duì) CSE 和 DSE 的更新添加到 MASS，預(yù)計(jì)將于 2022 年上半年發(fā)布。

用例示例

A-PHY和MASS將簡(jiǎn)化圖像傳感器和顯示器的集成，并提供一種標(biāo)準(zhǔn)化的方法，將可靠性，安全性和安全性納入關(guān)鍵車(chē)輛系統(tǒng)。兩個(gè)示例用例說(shuō)明了它們?nèi)绾问惯@成為可能。

后置倒車(chē)攝像頭

在本例中，瞄準(zhǔn)車(chē)輛后方的后置攝像頭將實(shí)時(shí)視頻傳送到高清顯示器，提醒駕駛員注意汽車(chē)路徑中的物體。相機(jī)使用 CSI-2 通過(guò) A-PHY 將圖像數(shù)據(jù)直接流式傳輸?shù)?ECU。ECU 處理數(shù)據(jù)后，直接通過(guò) A-PHY 使用 DSI-2 或 VESA eDP/DP 將實(shí)時(shí)視頻流傳輸?shù)絻x表板顯示器。

A-PHY 和 MASS 允許將實(shí)時(shí)圖像數(shù)據(jù)從后備攝像頭傳輸?shù)?ECU，在那里將其轉(zhuǎn)換為視頻流到儀表板顯示器。功能安全、安保和內(nèi)容保護(hù)可以在每個(gè)階段實(shí)施。

車(chē)道保持?jǐn)z像頭

在本例中，前置高分辨率 CSI-2 攝像頭可捕獲道路標(biāo)記的實(shí)時(shí)圖像。在某些情況下，攝像頭模塊可能會(huì)做一些預(yù)處理來(lái)確定汽車(chē)在車(chē)道上的位置。它還使用 CSI-2 直接通過(guò) A-PHY 將圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)?ECU。ECU可以從多個(gè)傳感器獲取數(shù)據(jù)，并為ADAS或自動(dòng)決策執(zhí)行傳感器融合。

A-PHY 和 MASS 允許 ECU 從多個(gè)傳感器獲取數(shù)據(jù)，并為 ADAS 或自動(dòng)決策執(zhí)行傳感器融合。可以在每個(gè)階段實(shí)施功能安全、安保和內(nèi)容保護(hù)。

在這兩個(gè)示例中，在鏈中的每個(gè)點(diǎn)都實(shí)現(xiàn)了功能安全和安保功能，以確保超低錯(cuò)誤率和端到端保護(hù)，防止有意或無(wú)意的篡改。這些閉環(huán) MASS 實(shí)現(xiàn)可確保圖像傳感器和顯示器可靠工作，而 A-PHY 的低延遲和高數(shù)據(jù)速率可在嚴(yán)格的時(shí)序要求下實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的圖像傳輸。

廣泛的好處

A-PHY和MASS的引入為高速、非對(duì)稱(chēng)、車(chē)載數(shù)據(jù)鏈路的標(biāo)準(zhǔn)化提供了機(jī)會(huì)，可以使汽車(chē)開(kāi)發(fā)中的所有合作伙伴受益。

車(chē)輛設(shè)計(jì)人員將能夠利用完整的框架實(shí)現(xiàn)具有可靠性、彈性、功能安全性和安全性的端到端連接，從而顯著簡(jiǎn)化集成過(guò)程，并使原始設(shè)備制造商和一級(jí)供應(yīng)商能夠?qū)⒐こ坛杀緮備N(xiāo)到大量組件上。互操作性將擴(kuò)大供應(yīng)商、系統(tǒng)集成商和測(cè)試等服務(wù)提供商的生態(tài)系統(tǒng)，這將改善規(guī)模經(jīng)濟(jì)并降低物料清單成本。簡(jiǎn)化的集成將幫助汽車(chē)制造商更快地將新平臺(tái)和功能推向市場(chǎng)，以滿足不斷變化的消費(fèi)者需求。最重要的是，標(biāo)準(zhǔn)的使用將使制造商能夠更多地關(guān)注創(chuàng)新的新功能，而不是開(kāi)發(fā)不提供市場(chǎng)差異化的低層連接解決方案。

與計(jì)算和移動(dòng)設(shè)備行業(yè)一樣，汽車(chē)行業(yè)可以使用這些行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)作為平臺(tái)，在其開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品中提供持續(xù)的性能改進(jìn)。

審核編輯：郭婷