【導(dǎo)讀】汽車產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展的主要驅(qū)動(dòng)力正由過(guò)去聚焦于動(dòng)力系統(tǒng)，逐漸拓展為不斷提高的智能化需求。智能座艙與高級(jí)輔助駕駛系統(tǒng)（ADAS）作為消費(fèi)者能感知到的直觀體驗(yàn)，各大品牌車企也都在積極秀肌肉的路上瘋狂“內(nèi)卷”——例如各自推出配置33 英寸、分辨率高達(dá)9K的 LED 超大連屏，部署中控、副駕雙15.7英寸3K OLED雙聯(lián)屏以及后排頂部大尺寸吸頂屏，6顆800萬(wàn)像素?cái)z像頭和5顆200萬(wàn)像素?cái)z像頭以及1個(gè)毫米波雷達(dá)+12個(gè)超聲波雷達(dá)+1個(gè)激光雷達(dá)等感知部件……
汽車從單純的交通工具演變?yōu)橐苿?dòng)出行空間的理念趨勢(shì)之下，車載功能越來(lái)越復(fù)雜，指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)傳輸及實(shí)時(shí)性處理，對(duì)汽車內(nèi)部通訊網(wǎng)絡(luò)提出高帶寬、低延遲和高可靠性的全新要求，已成為汽車制造商面臨的最大挑戰(zhàn)之一。在業(yè)界各大半導(dǎo)體廠商紛紛祭出的殺手锏中，亞德諾（ADI）公司的GMSL（千兆多媒體串行鏈路）憑借更快聚合數(shù)據(jù)、能夠保持用于安全應(yīng)用的數(shù)據(jù)的完整性、支持系統(tǒng)在車輛的多個(gè)屏幕上顯示不同內(nèi)容等優(yōu)勢(shì)，在接近20年的進(jìn)化歷程中逐漸脫穎而出，成功于全球車輛中部署超過(guò)5億個(gè)GMSL通訊節(jié)點(diǎn)，助力汽車實(shí)現(xiàn)更舒適智能的駕乘體驗(yàn)與更安全的自動(dòng)駕駛目標(biāo)。
汽車智能網(wǎng)聯(lián)大風(fēng)起，GMSL鋪設(shè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)摹案咚俟贰?/p>
高級(jí)輔助駕駛系統(tǒng)、高清影音娛樂、多傳感器融合、車身智能控制等都變得愈加復(fù)雜，并逐漸成為智能汽車的標(biāo)配，這些配置模塊之間的控制信息和音視頻數(shù)據(jù)吞吐量少則數(shù)百 Mbps，多則可達(dá)幾十Gpbs，在傳統(tǒng)汽車中是無(wú)法想象的量級(jí)。因此，實(shí)現(xiàn)高速、高可靠、低延時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)變得前所未有的重要。
相較并行總線，SerDes（Serializer/Deserializer，串行器/解串器）是當(dāng)前主流的時(shí)分多路復(fù)用、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的串行通信技術(shù)，不存在信號(hào)線間的干擾，而且也沒有同一時(shí)序要求，只需提高頻率就能進(jìn)行更高數(shù)據(jù)流傳輸，能有效滿足車載高帶寬數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸需求。據(jù)研究機(jī)構(gòu)Kingpin Market Research預(yù)測(cè)，至2026年全球車載SerDes市場(chǎng)規(guī)模將從2020 年的1.94億美元增至3.49億美元，2021-2026 年的復(fù)合年增長(zhǎng)率為10.3%。
ADI GMSL技術(shù)作為SerDes的一種，串行器與解串器芯片的互操作性允許鏈路兩側(cè)使用不同接口，廣泛適用于車內(nèi)UHD視頻、音頻、控制信息、組合傳感器等數(shù)據(jù)的高速傳輸。GMSL通信介質(zhì)支持長(zhǎng)達(dá)15m同軸電纜或10m-15m屏蔽雙絞線電纜，具有相當(dāng)大的配置靈活性和成本優(yōu)勢(shì)，同時(shí)滿足汽車行業(yè)最苛刻的電磁兼容要求。
GMSL串行/解串?dāng)?shù)據(jù)傳輸架構(gòu)示例圖
隨著汽車總線技術(shù)的不斷演進(jìn)，ADI GMSL SerDes產(chǎn)品也持續(xù)迭代升級(jí)——2004年問(wèn)世的MAX9247/9248是GMSL第一代產(chǎn)品， 1Gbps的速率最大能傳輸3百萬(wàn)像素（1080p/30fps）的視頻流數(shù)據(jù)；2017年GMSL 第二代產(chǎn)品的出現(xiàn)，整合了復(fù)雜的診斷功能，并將帶寬提升至6Gbps，可輕松傳輸8百萬(wàn)像素（4K/30fps）的視頻流數(shù)據(jù)；如今GMSL第三代與第四代產(chǎn)品傳輸速率可達(dá)12Gbps，在面向未來(lái)汽車信息娛樂和高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)所要求的高帶寬、復(fù)雜模塊互連和數(shù)據(jù)完整性保障上，相較行業(yè)其他解決方案競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)進(jìn)一步凸顯。
ADI 在GMSL差分信號(hào)傳輸產(chǎn)品上的研發(fā)歷史
● 智能座艙多屏化演進(jìn) “不止于大”
梅賽德斯-奔馳母公司戴姆勒首席設(shè)計(jì)官戈登瓦格納曾指出“屏幕是通往數(shù)字世界的窗口，屏幕是新的馬力”。目前汽車座艙內(nèi)除了中央控制臺(tái)以外，駕駛控制裝置的儀表板和后座娛樂顯示屏的尺寸都在不斷增大，分辨率也逐漸增加。不僅如此，汽車制造商還積極嘗試增加后視鏡顯示屏來(lái)投射來(lái)自后置攝像頭的圖像等。未來(lái)的高清多屏互聯(lián)不僅是尺寸更大、畫質(zhì)更清晰，還更靈活地與智能車機(jī)系統(tǒng)有效互聯(lián)，將極大提升用戶的駕乘體驗(yàn)，開辟完美“第三生活空間”。
中控顯示屏越來(lái)越大越高清，對(duì)視頻數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)膸捫枨笤絹?lái)越高
從實(shí)現(xiàn)架構(gòu)來(lái)看，車內(nèi)顯示屏數(shù)量與分辨率的提升，與車載SoC系統(tǒng)的互聯(lián)復(fù)雜度與日俱增，一芯多屏架構(gòu)將有望取代單芯單屏的傳統(tǒng)方案，利用硬件虛擬化技術(shù)，在同一套硬件平臺(tái)中實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)屏幕顯示與交互的控制。基于GMSL SerDes技術(shù)可實(shí)現(xiàn)視頻源數(shù)據(jù)從處理器單元到各個(gè)車載顯示屏的回傳，在多個(gè)屏幕上顯示不同內(nèi)容。作為一種雙向的傳輸連接，GMSL也能進(jìn)行控制信號(hào)的傳輸和多路集成，例如顯示屏的觸摸檢測(cè)與信息處理等。由于一個(gè)GMSL串行器最多可驅(qū)動(dòng)四個(gè)解串器，因此理論上可同時(shí)傳輸四塊屏幕的數(shù)據(jù)信息。
在支持車內(nèi)顯示屏像素的提升上，目前主流的GMSL第三代產(chǎn)品已能實(shí)現(xiàn)800 萬(wàn)像素4K分辨率的視頻數(shù)據(jù)傳輸，這得益于GMSL支持VESA和MIPI的顯示串流壓縮技術(shù)（DSC），該技術(shù)針對(duì)高端電子設(shè)備的高質(zhì)量音視頻傳輸需求，能實(shí)現(xiàn)3：1無(wú)損壓縮的視頻信號(hào)傳輸。 此外，兼容不同類型車載屏幕的數(shù)字接口是高速通訊鏈路設(shè)計(jì)的另一挑戰(zhàn)，GMSL不僅支持顯示屏主流的DP/eDP、DSI等接口，也能支持絕大部分高清攝像頭視頻數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用到的MIPI CSI-2接口。值得一提的是，GMSL各代產(chǎn)品在芯片管腳上兼容PCB的設(shè)計(jì)，使新一代SerDes芯片可向前兼容匹配，幫助客戶無(wú)縫進(jìn)行SerDes產(chǎn)品的升級(jí)替換，降低整體成本的同時(shí)簡(jiǎn)化座艙系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸鏈路布局設(shè)計(jì)。
● ADAS影像高速傳輸需與數(shù)據(jù)安全并重
智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)進(jìn)入落地關(guān)鍵期，體現(xiàn)到整車上是越來(lái)越多新車通過(guò)高分辨率攝像頭來(lái)滿足智能駕駛時(shí)代對(duì)于環(huán)境感知的高標(biāo)準(zhǔn)。伴隨ADAS逐漸升級(jí)和加速滲透，疊加各車企硬件冗余性高，預(yù)計(jì)至2025年平均單車高清攝像頭搭載量有望接近10顆。與此同時(shí)，800萬(wàn)像素?cái)z像頭滲透率的逐漸走高，讓車能“看”得更清更遠(yuǎn)更廣，滿足更多應(yīng)用場(chǎng)景需求。
由于攝像頭通常只負(fù)責(zé)采集輸出原始的視頻信號(hào)，除了更高像素的“眼睛”外，還需無(wú)損無(wú)延時(shí)的傳輸“視覺神經(jīng)”以及高算力的中央處理器“大腦”。更高幀率和分辨率的視頻信號(hào)傳輸給總線帶寬帶來(lái)更大壓力，ADAS系統(tǒng)實(shí)時(shí)接收信號(hào)并加以分析作出響應(yīng)，還需考慮實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的成本和功耗。
GMSL 全面支持ADAS系統(tǒng)所要求的高速數(shù)據(jù)傳輸和信號(hào)完整性保障，包括攝像頭的超低功耗運(yùn)行、傳感器數(shù)據(jù)的快速匯聚等。由于GMSL技術(shù)具備視頻切割功能，以GMSL四通道解串器MAX9286為例，其可自動(dòng)生成攝像頭同步信號(hào)，將多個(gè)傳感器的圖像數(shù)據(jù)對(duì)準(zhǔn)到同一像素，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵參數(shù)的用戶編程，集成方案可替代四個(gè)分立式解串器和一個(gè)FPGA，僅需單芯片即可接收并同步來(lái)自4個(gè)攝像頭的視頻信號(hào)，大大降低電路板面積和元件數(shù)量，有效降低設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)、加快產(chǎn)品上市進(jìn)程。
GMSL四通道解串器MAX9286可以同時(shí)支持四個(gè)攝像頭的信號(hào)傳輸
不僅如此，GMSL解串器內(nèi)部集成了圖像處理功能，在接收到GMSL串行化的數(shù)據(jù)后可直接進(jìn)行解串與圖像處理，根據(jù)客戶需求進(jìn)行多路圖像信息的拼接還原，并呈現(xiàn)于車載顯示屏上，節(jié)省了中央處理器平臺(tái)進(jìn)行圖像處理的延時(shí)。GMSL還支持同軸電纜電力傳輸（POC），因此可將串行器芯片集成至攝像頭內(nèi)部，直接實(shí)現(xiàn)由車機(jī)系統(tǒng)為攝像頭運(yùn)行供電。
值得一提的是，所有的GMSL解決方案都滿足汽車功能安全標(biāo)準(zhǔn)ASIL B規(guī)范要求。由于GMSL串行器和解串器均內(nèi)置擴(kuò)頻功能，有效改善了鏈路的電磁兼容性，而無(wú)需外部擴(kuò)頻時(shí)鐘，這也是GMSL產(chǎn)品解決方案的最大優(yōu)勢(shì)所在，能有效幫助客戶的系統(tǒng)設(shè)計(jì)滿足車規(guī)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。此外，GMSL解決方案還提供鏈路診斷功能，實(shí)時(shí)對(duì)信道的傳輸質(zhì)量以及數(shù)據(jù)完整性做監(jiān)測(cè)，通過(guò)提高汽車ADAS數(shù)據(jù)可靠性從而增強(qiáng)行駛安全性。
數(shù)據(jù)完整性是ADAS和信息娛樂系統(tǒng)的三大關(guān)鍵挑戰(zhàn)之一
以創(chuàng)新數(shù)據(jù)總線連接技術(shù)，塑造互聯(lián)和個(gè)性化汽車未來(lái)
步入數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代，數(shù)據(jù)成為新的生產(chǎn)資料和關(guān)鍵生產(chǎn)要素，高帶寬數(shù)據(jù)傳輸，正成為下一代整車電子架構(gòu)的剛需。事實(shí)上，ADI在高可靠性車用數(shù)據(jù)總線傳輸上做了大量的探索和卓有成效的產(chǎn)業(yè)技術(shù)輸出。
同樣是在智能座艙內(nèi)，車用音頻已經(jīng)從過(guò)去單純的娛樂系統(tǒng)向信號(hào)輸入、觸發(fā)、處理與反饋的方向發(fā)展，并開始與汽車駕駛緊密結(jié)合。ADI創(chuàng)新性的A2B音頻總線技術(shù)把原來(lái)傳統(tǒng)的模擬音頻傳輸轉(zhuǎn)化成了數(shù)字音頻傳輸方案，可提供高保真音頻，并使音頻布線重量減少75%，從而提高燃油效率。除了讓布線更簡(jiǎn)單外，A2B還有更多的創(chuàng)新應(yīng)用，比如更適應(yīng)高級(jí)音頻算法，可憑借DSP算法確保車內(nèi)不同位置的音區(qū)獨(dú)立性，以及實(shí)現(xiàn)回聲消除、配合麥克風(fēng)和功放進(jìn)行ANC主動(dòng)降噪等功能。
A2B技術(shù)提供低延遲語(yǔ)音和音頻連接
汽車也正快速成為使用以太網(wǎng)設(shè)備的主要應(yīng)用之一，在汽車中廣泛部署以太網(wǎng)是整車電子電氣架構(gòu)向以區(qū)域?yàn)閷?dǎo)向過(guò)渡的關(guān)鍵之一，能大幅節(jié)省電纜成本，顯著減少ECU數(shù)量，并且支持通過(guò)無(wú)線更新部署新功能和增強(qiáng)功能。ADI基于新的IEEE 10base T1S標(biāo)準(zhǔn)的E2B以太網(wǎng)到邊緣總線，為許多車載傳感器和執(zhí)行器提供高效、確定性的最后一公里連接，能夠更輕松的管理整個(gè)車輛的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。
如今，汽車工業(yè)最大的變革正在同時(shí)發(fā)生，其一是電動(dòng)化，其二便是智能化和網(wǎng)聯(lián)化。作為世界領(lǐng)先的汽車半導(dǎo)體解決方案提供商，ADI一直與優(yōu)秀的汽車OEM、一級(jí)供應(yīng)商和生態(tài)系統(tǒng)合作伙伴密切合作，擴(kuò)充核心技術(shù)并在系統(tǒng)和平臺(tái)的維度強(qiáng)化完整方案提供優(yōu)勢(shì)。以GMSL SerDes技術(shù)為代表的ADI系列汽車連接解決方案，將幫助應(yīng)對(duì)汽車數(shù)據(jù)傳輸鏈路設(shè)計(jì)的復(fù)雜性、重量和成本等一系列挑戰(zhàn)，為汽車制造商帶來(lái)巨大價(jià)值，共同塑造互聯(lián)和個(gè)性化汽車的未來(lái)。
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