【導(dǎo)讀】汽車產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展的主要驅(qū)動力正由過去聚焦于動力系統(tǒng)，逐漸拓展為不斷提高的智能化需求。智能座艙與高級輔助駕駛系統(tǒng)（ADAS）作為消費(fèi)者能感知到的直觀體驗，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800萬像素攝像頭和5顆200萬像素攝像頭以及1個毫米波雷達(dá)+12個超聲波雷達(dá)+1個激光雷達(dá)等感知部件……
汽車從單純的交通工具演變?yōu)橐苿映鲂锌臻g的理念趨勢之下，車載功能越來越復(fù)雜，指數(shù)級增長的數(shù)據(jù)傳輸及實時性處理，對汽車內(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)在車輛的多個屏幕上顯示不同內(nèi)容等優(yōu)勢，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5億個GMSL通訊節(jié)點，助力汽車實現(xiàn)更舒適智能的駕乘體驗與更安全的自動駕駛目標(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)汽車中是無法想象的量級。因此，實現(xiàn)高速、高可靠、低延時的數(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)前主流的時分多路復(fù)用、點對點的串行通信技術(shù)，不存在信號線間的干擾，而且也沒有同一時序要求，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)實時傳輸需求。據(jù)研究機(jī)構(gòu)Kingpin Market Research預(yù)測，至2026年全球車載SerDes市場規(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，同時滿足汽車行業(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——2004年問世的MAX9247/9248是GMSL第一代產(chǎn)品， 1Gbps的速率最大能傳輸3百萬像素（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，在面向未來汽車信息娛樂和高級駕駛輔助系統(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)其他解決方案競爭優(yōu)勢進(jìn)一步凸顯。
ADI 在GMSL差分信號傳輸產(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投射來自后置攝像頭的圖像等。未來的高清多屏互聯(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，開辟完美“第三生活空間”。
中控顯示屏越來越大越高清，對視頻數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)膸捫枨笤絹碓礁?/p>
從實現(xiàn)架構(gòu)來看，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)，在同一套硬件平臺中實現(xiàn)對多個屏幕顯示與交互的控制?；贕MSL SerDes技術(shù)可實現(xiàn)視頻源數(shù)據(jù)從處理器單元到各個車載顯示屏的回傳，在多個屏幕上顯示不同內(nèi)容。作為一種雙向的傳輸連接，GMSL也能進(jìn)行控制信號的傳輸和多路集成，例如顯示屏的觸摸檢測與信息處理等。由于一個GMSL串行器最多可驅(qū)動四個解串器，因此理論上可同時傳輸四塊屏幕的數(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)品已能實現(xiàn)800 萬像素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)針對高端電子設(shè)備的高質(zhì)量音視頻傳輸需求，能實現(xiàn)3：1無損壓縮的視頻信號傳輸。 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，使新一代SerDes芯片可向前兼容匹配，幫助客戶無縫進(jìn)行SerDes產(chǎn)品的升級替換，降低整體成本的同時簡化座艙系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸鏈路布局設(shè)計。
● 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)到整車上是越來越多新車通過高分辨率攝像頭來滿足智能駕駛時代對于環(huán)境感知的高標(biāo)準(zhǔn)。伴隨ADAS逐漸升級和加速滲透，疊加各車企硬件冗余性高，預(yù)計至2025年平均單車高清攝像頭搭載量有望接近10顆。與此同時，800萬像素攝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，除了更高像素的“眼睛”外，還需無損無延時的傳輸“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傳輸給總線帶寬帶來更大壓力，ADAS系統(tǒng)實時接收信號并加以分析作出響應(yīng)，還需考慮實現(xiàn)整個系統(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，其可自動生成攝像頭同步信號，將多個傳感器的圖像數(shù)據(jù)對準(zhǔn)到同一像素，實現(xiàn)關(guān)鍵參數(shù)的用戶編程，集成方案可替代四個分立式解串器和一個FPGA，僅需單芯片即可接收并同步來自4個攝像頭的視頻信號，大大降低電路板面積和元件數(shù)量，有效降低設(shè)計風(fēng)險、加快產(chǎn)品上市進(jìn)程。
GMSL四通道解串器MAX9286可以同時支持四個攝像頭的信號傳輸
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進(jìn)行圖像處理的延時。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，而無需外部擴(kuò)頻時鐘，這也是GMSL產(chǎn)品解決方案的最大優(yōu)勢所在，能有效幫助客戶的系統(tǒng)設(shè)計滿足車規(guī)級標(biāo)準(zhǔn)。此外，GMSL解決方案還提供鏈路診斷功能，實時對信道的傳輸質(zhì)量以及數(shù)據(jù)完整性做監(jiān)測，通過提高汽車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)和個性化汽車未來
步入數(shù)字經(jīng)濟(jì)時代，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)從過去單純的娛樂系統(tǒng)向信號輸入、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。除了讓布線更簡單外，A2B還有更多的創(chuàng)新應(yīng)用，比如更適應(yīng)高級音頻算法，可憑借DSP算法確保車內(nèi)不同位置的音區(qū)獨立性，以及實現(xiàn)回聲消除、配合麥克風(fēng)和功放進(jìn)行ANC主動降噪等功能。
A2B技術(shù)提供低延遲語音和音頻連接
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)域為導(dǎo)向過渡的關(guān)鍵之一，能大幅節(jié)省電纜成本，顯著減少ECU數(shù)量，并且支持通過無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發(fā)生，其一是電動化，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)和平臺的維度強(qiáng)化完整方案提供優(yōu)勢。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)對汽車數(shù)據(jù)傳輸鏈路設(shè)計的復(fù)雜性、重量和成本等一系列挑戰(zhàn)，為汽車制造商帶來巨大價值，共同塑造互聯(lián)和個性化汽車的未來。
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