MIPI：將汽車變成移動設備

每個人都記得他們的第一輛車——你可以去你想去的地方，移動得更快，走得更遠——你是移動的。是的，我們的汽車讓我們移動，但今天的汽車本身正在成為移動設備。汽車不僅僅是一種交通工具，它正在演變成完整的移動設備——與互聯(lián)網(wǎng)、交通網(wǎng)以及彼此之間的連接和聯(lián)系。MIPI規(guī)范在這一轉(zhuǎn)變中發(fā)揮著重要作用，就像它們在統(tǒng)一最常見的移動設備智能手機的接口方面發(fā)揮了關鍵作用一樣。

MIPI聯(lián)盟成立的目的是使手機等設備中的系統(tǒng)接口變得更容易和更經(jīng)濟。該組織定義了接口規(guī)范，對高速處理器、低速傳感器和其他芯片間數(shù)據(jù)傳輸之間的相機、顯示器和無線模塊的接口進行標準化。移動設備通常很小，組件在設備內(nèi)部以緊湊、緊密耦合的方式連接。汽車向聯(lián)網(wǎng)設備的轉(zhuǎn)變也在由內(nèi)而外發(fā)生——這是利用MIPI聯(lián)盟內(nèi)所做工作的完美環(huán)境。智能手機供應商的（供應商控制的）系統(tǒng)界面反映了那些為汽車行業(yè)服務的開發(fā)。供應商創(chuàng)建高功率和高性能接口（使用MIPI規(guī)范）的能力為汽車供應鏈上的公司提供了與手機制造商及其供應商相同的優(yōu)勢。汽車系統(tǒng)正在以有線和無線的方式進行連接。這種連接正在成為汽車的 "中樞神經(jīng)系統(tǒng)"。MIPI規(guī)范提供了越來越多的關鍵任務、信息和娛樂系統(tǒng)之間的連接，從而將你的汽車變成了一個移動設備。讓我們看看這種轉(zhuǎn)變以及MIPI聯(lián)盟及其成員公司如何幫助實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)變。

車內(nèi)和車外

有一些宏觀趨勢正在定義MIPI規(guī)范所適合的 "使用模式"。這些趨勢包括以下項目的初始部署和更深入的集成：

-遠程信息處理和車載信息娛樂系統(tǒng)（IVI）

-先進的駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）

-智能交通系統(tǒng)(ITS)

-自主駕駛系統(tǒng)（ADS）

遠程信息處理需要將GPS（全球定位系統(tǒng)）與導航顯示器相連接，包括觸摸和音頻功能。駕駛員輔助系統(tǒng)需要攝像頭、雷達、激光雷達（激光）、圖像處理和帶有音頻和顯示器的計算機視覺接口以提供直接反饋。智能交通系統(tǒng)需要無線車輛到基礎設施（V2I）、車輛到車輛（V2V）和車輛到一切（V2X）的連接，橋接支持多種不同無線（IEEE 802.11p、ac、ah、藍牙）和蜂窩（LTE、GSM）標準的射頻（RF）能力。隨著我們走向自動駕駛，所有這些系統(tǒng)及其互連變得更加關鍵。

有趣的是，這些連接要求與最普遍的移動平臺——智能手機中的連接要求幾乎相同。在智能手機中，你在相機和顯示器、音頻、麥克風和陀螺儀、磁和光功能以及需要觸摸或聲控輸入的應用之間有類似的交互。為智能手機有效定義這些接口的 MIPI 規(guī)范同樣適用于為支持汽車中的這些系統(tǒng)而開發(fā)的接口。而它們今天正在被部署。

讓我們更深入地了解ADAS，看看MIPI規(guī)范是如何應用的。駕駛輔助系統(tǒng)的開發(fā)是為了使車輛系統(tǒng)自動化、適應和增強汽車系統(tǒng)的安全性，并幫助駕駛員更好地駕駛。圖1顯示了ADAS類型監(jiān)控的 "視野 "表示。這些系統(tǒng)在汽車周圍構(gòu)成了一種傳感器 "防護罩"，可以向司機發(fā)出警報或觸發(fā)保障措施，接管對車輛的控制以避免危險。

如圖1所示，有越來越多的基于傳感器的系統(tǒng)使用各種傳感技術。其中一些系統(tǒng)并不傳輸大量的數(shù)據(jù)；它們是傳感器檢測和警報類型的最小數(shù)據(jù)傳輸。然而，其他系統(tǒng)正在捕捉大量的數(shù)據(jù)，以便有效地處理傳輸。例如，用于車道檢測或交通標志識別的攝像頭輔助系統(tǒng)會產(chǎn)生密集的數(shù)據(jù)流，需要從攝像頭傳輸?shù)教幚砥鬟M行分析，并傳輸?shù)斤@示器進行查看。在這樣的系統(tǒng)中，MIPI相機串行接口（CSI-2(SM)）提供了一個協(xié)議框架，將數(shù)據(jù)從相機傳到處理器。實際的傳輸是通過使用另一個MIPI規(guī)范，即MIPI D-PHY(SM)來完成的，這是一個物理層收發(fā)器規(guī)范。使用MIPI D-PHY意味著該接口將以最低的功率運行，并以最低的成本部署。MIPI聯(lián)盟開發(fā)了具有靈活架構(gòu)定義的規(guī)范，認識到有針對性的實施對于實現(xiàn)物理引腳和傳輸速率的最佳組合是必要的。

圖2是目標實施的一個例子；是相機到處理器連接的簡化圖。相機子組件具有照相機傳感器和支持圖像采集的電路，并使用D-PHY Tx宏來組織圖像數(shù)據(jù)進行傳輸。照相機圖像被序列化，并被發(fā)送到圖像信號處理子組件，其中包含接收數(shù)據(jù)的支持電路 - D-PHY Rx宏。Tx和Rx端之間的物理連接是通過MIPI接口實現(xiàn)的。NXP使用MIPI CSI-2規(guī)范和Mixel提供的D-PHY硬宏設計了這樣一個系統(tǒng)。

NXP使用Mixel的MIPI D-PHY

NXP使用MIPI接口的設計被稱為S32V234，如圖3所示（見左上角）。S32V是用于視覺、傳感器融合和環(huán)視應用的ADAS解決方案。它具有四核ARM Cortex-A53處理器、NXP APEX圖像認知處理器、Vivante GC3000處理單元和先進的內(nèi)存總線系統(tǒng)架構(gòu)。該系統(tǒng)旨在與各種圖像傳感器連接，如索尼IMX224。該傳感器有一個MIPI CSI-2接口，用于將傳感器與SV32等系統(tǒng)級芯片連接起來。MIPI CSI-2接口的最大輸出數(shù)據(jù)速率為1.5Gbps/lane，輸出通道的數(shù)量可以從1ch、2ch或4ch（lane）中選擇。

該系統(tǒng)的一個關鍵部分是以低延遲或零延遲將原始圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)絊V32內(nèi)置的圖像信號處理器（ISP）。原始數(shù)據(jù)使用先進的高性能SRAM系統(tǒng)進行有效處理，該系統(tǒng)補充了傳統(tǒng)的DDR內(nèi)存管理，使圖像處理成為實時的。從相機到S32V的原始數(shù)據(jù)傳輸是通過MIPI CSI-2、D-PHY接口完成的，由Rx D-PHY硬宏接收。數(shù)據(jù)被序列化并以高速傳輸，以實現(xiàn)無閃爍的處理。

NXP產(chǎn)品中MIXEL的MIPI D-PHY

Mixel為NXP的設計提供了D-PHY IP Rx+硬宏。這個宏被優(yōu)化為一個接收方的定制實現(xiàn)，在系統(tǒng)級芯片--S32V中有效地前置了CSI-2接口。值得注意的是，MIPI D-PHY規(guī)范定義了一個具有對稱Tx和Rx功能的D-PHY的通用形式。在Mixel的實現(xiàn)中，接收端是有針對性的，通道被優(yōu)化為與從相機到S32V的主要傳輸方向一致。Mixel D-PHY Rx+的框圖見圖4。Rx+的一個關鍵特征是面積優(yōu)化的Tx端。增加了一個微創(chuàng)的Tx，增加了環(huán)回支持，簡化了硅片生產(chǎn)后測試中的設置要求。由于這種特殊的實現(xiàn)方式，你不僅得到了性能和功率，而且得到了硅測試能力。

Mixel的D-PHY Rx+遵循MIPI D-PHY規(guī)范，但增加了這個重要的自定義選項。請注意，MIPI聯(lián)盟定義了它的規(guī)范，允許在實施過程中進行優(yōu)化。通過這種方式，客戶和供應商可以在系統(tǒng)的引腳限制和數(shù)據(jù)傳輸率的要求下工作，優(yōu)化功率和效率，在這種情況下，也可以優(yōu)化測試性。

安全性和可靠性

當然，操作的可靠性和穩(wěn)健性是汽車中使用的部件的根本。因為ADAS功能對于使我們在駕駛時更加安全是至關重要的，所以安全標準是必不可少的。但是，即使是非關鍵系統(tǒng)也必須在廣泛的，而且往往是惡劣的環(huán)境條件下可靠地運行。汽車行業(yè)的供應商，以及這些供應商的供應商，必須符合AEC-Q100等標準，該標準為集成電路建立了通用的電氣元件資格要求；IEC 61508，旨在成為適用于各種行業(yè)的基本功能安全標準；以及ISO 26262，為生產(chǎn)汽車的電氣和/或電子系統(tǒng)的功能安全建立了標準。在這種情況下，Mixel作為恩智浦的IP供應商，在設計其MIPI IP時，從一開始就考慮到了可靠性和穩(wěn)健的操作，然后做了額外的工作，確保IP符合這些標準。例如，Mixel的D-PHY符合AEC-Q100的0級規(guī)范。驗證設計需要廣泛使用包含老化效應和溫度變化的統(tǒng)計模擬。Mixel在運行模擬的正態(tài)分布中改變了關鍵參數(shù)，因此每個設備的差異都被考慮在內(nèi)。設計目標是在六西格瑪范圍內(nèi)執(zhí)行。這樣的模擬需要仔細規(guī)劃，使性能在D-PHY工作環(huán)境的預期公差范圍內(nèi)變得可預測。性能通過Mixel和恩智浦所做的大量測試和鑒定得到進一步驗證。額外的努力導致了可靠和安全的系統(tǒng)運行。

在雷達、激光雷達和其他領域使用MIPI

隨著供應商向自動駕駛方向擴展ADAS，MIPI規(guī)格將繼續(xù)發(fā)展，并在適合的地方進行部署。

雷達（毫米波無線電）和激光雷達（光）傳感器子系統(tǒng)也需要傳輸大量的數(shù)據(jù)。這些系統(tǒng)可以使用MIPI接口將數(shù)據(jù)從連接到ADC/基帶和信號處理組件的模擬前端傳輸，或直接傳輸?shù)较到y(tǒng)級融合處理系統(tǒng)，在那里可以啟動適當?shù)男袆?。在自適應巡航控制等應用中，MIPI CSI-2接口非常適合連接射頻前端和雷達處理器（例如，NXP S32R27，它使用Mixel MIPI D-PHY連接到NXP的射頻前端設備，如MR3003）。在這里，需要對連續(xù)的突發(fā)傳輸進行分析，以檢測物體和判斷車與車之間的相對速度，并最終調(diào)整油門。這些都是高帶寬的數(shù)據(jù)傳輸，有多個模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）陣列來支持從長距離和短距離傳輸中收集的數(shù)據(jù)。無論傳感器使用的是視線還是光線，MIPI接口都將繼續(xù)部署在汽車傳感器模塊內(nèi)，支持這些關鍵的數(shù)據(jù)傳輸。

NXP和Mixel等MIPI成員公司繼續(xù)在系統(tǒng)級設計中和作為IP部署MIPI規(guī)范接口。其他MIPI成員公司也在汽車和其他系統(tǒng)中部署了這些接口。這發(fā)生在任何可以從為效率和性能而定義的接口中受益的地方。MIPI聯(lián)盟在其規(guī)范定義中的靈活性使供應商和客戶能夠開發(fā)出針對每個應用的優(yōu)化接口。這種應用需求與接口架構(gòu)的 "完美契合 "正在為新興的汽車行業(yè)服務，就像它已經(jīng)并將繼續(xù)為移動智能電話市場服務一樣。汽車行業(yè)繼續(xù)加強系統(tǒng)，使汽車的操作更像一個移動設備。我們正在向享受快速、安全、信息豐富、娛樂性強、沒有壓力的駕駛靠近。我們的汽車有更多的系統(tǒng)需要MIPI聯(lián)盟的性能和功率優(yōu)化接口。MIPI聯(lián)盟及其成員公司將繼續(xù)部署系統(tǒng)接口，將您的汽車轉(zhuǎn)變?yōu)樽灾鞯囊苿釉O備，以造福于我們所有人。

審核編輯 ：李倩