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        全球部署超5億個節點,這個總線技術為汽車智能化趨勢下數據狂飆開道

        2022-07-14 13:11:10 來源:ADI

        汽車產業高速發展的主要驅動力正由過去聚焦于動力系統,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(ADAS)作為消費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“內卷”——例如各自推出配置33 英寸、分辨率高達9K的 LED 超大連屏,部署中控、副駕雙15.7英寸3K OLED雙聯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+12個超聲波雷達+1個激光雷達等感知部件……

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         汽車從單純的交通工具演變為移動出行空間的理念趨勢之下,車載功能越來越復雜,指數級增長的數據傳輸及實時性處理,對汽車內部通訊網絡提出高帶寬、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之一。在業界各大半導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)憑借更快聚合數據、能夠保持用于安全應用的數據的完整性、支持系統在車輛的多個屏幕上顯示不同內容等優勢,在接近20年的進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通訊節點,助力汽車實現更舒適智能的駕乘體驗與更安全的自動駕駛目標。

         

        汽車智能網聯大風起,GMSL鋪設數據傳輸的“高速公路”

        高級輔助駕駛系統、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雜,并逐漸成為智能汽車的標配,這些配置模塊之間的控制信息和音視頻數據吞吐量少則數百 Mbps,多則可達幾十Gpbs,在傳統汽車是無法想象的量級。因此,實現高速、高可靠、低延時的數據傳輸系統變得前所未有的重要。

         

        相較并行總線,SerDesSerializer/Deserializer,串行器/解串器)是當前主流的時分多路復用、點對點的串行通信技術,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行更高數據流傳輸,能有效滿足車載高帶寬數據實時傳輸需求。據研究機構Kingpin Market Research預測,至2026年全球車載SerDes市場規模將從2020 年的1.94億美元增至3.49億美元,2021-2026 年的復合年增長率為10.3%。

         

        ADI GMSL技術作為SerDes的一種,串行器與解串器芯片的互操作性允許鏈路兩側使用不同接口,廣泛適用于車內UHD視頻、音頻、控制信息、組合傳感器等數據的高速傳輸。GMSL通信介質支持長達15m同軸電纜或10m-15m屏蔽雙絞線電纜,具有相當大的配置靈活性和成本優勢,同時滿足汽車行業最苛刻的電磁兼容要求。

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        GMSL串行/解串數據傳輸架構示例圖

         

        隨著汽車總線技術的不斷演進,ADI GMSL SerDes產品也持續迭代升級——2004年問世的MAX9247/9248是GMSL第一代產品, 1Gbps的速率最大能傳輸3百萬像素(1080p/30fps)的視頻流數據;2017年GMSL 第二代產品的出現,整合了復雜的診斷功能,并將帶寬提升至6Gbps,可輕松傳輸8百萬像素(4K/30fps)的視頻流數據;如今GMSL第三代與第四代產品傳輸速率可達12Gbps,在面向未來汽車信息娛樂和高級駕駛輔助系統所要求的高帶寬、復雜模塊互連和數據完整性保障上,相較行業其他解決方案競爭優勢進一步凸顯。

         

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        ADI 在GMSL差分信號傳輸產品上的研發歷史

         

        智能座艙多屏化演進 “不止于大”

        梅賽德斯-奔馳母公司戴姆勒首席設計官戈登瓦格納曾指出“屏幕是通往數字世界的窗口,屏幕是新的馬力”。目前汽車座艙內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不僅是尺寸更大、畫質更清晰,還更靈活地與智能車機系統有效互聯,將極大提升用戶的駕乘體驗,開辟完美“第三生活空間”。 

         

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        中控顯示屏越來越大越高清,對視頻數據信息傳輸的帶寬需求越來越高

         

        從實現架構來看,車內顯示屏數量與分辨率的提升,與車載SoC系統的互聯復雜度與日俱增,一芯多屏架構將有望取代單芯單屏的傳統方案,利用硬件虛擬化技術,在同一套硬件平臺中實現對多個屏幕顯示與交互的控制?;贕MSL SerDes技術可實現視頻源數據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容。作為一種雙向的傳輸連接,GMSL也能進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串行器最多可驅動四個解串器,因此理論上可同時傳輸四塊屏幕的數據信息。

         

        在支持車內顯示屏像素的提升上,目前主流的GMSL第三代產品已能實現800 萬像素4K分辨率的視頻數據傳輸,這得益于GMSL支持VESA和MIPI的顯示串流壓縮技術(DSC),該技術針對高端電子設備的高質量音視頻傳輸需求,能實現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字接口是高速通訊鏈路設計的另一挑戰,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據傳輸應用到的MIPI CSI-2接口。值得一提的是,GMSL各代產品在芯片管腳上兼容PCB的設計,使新一代SerDes芯片可向前兼容匹配,幫助客戶無縫進行SerDes產品的升級替換,降低整體成本的同時簡化座艙系統的數據傳輸鏈路布局設計。

         

        ADAS影像高速傳輸需與數據安全并重

        智能網聯汽車技術進入落地關鍵期,體現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境感知的高標準。伴隨ADAS逐漸升級和加速滲透,疊加各車企硬件冗余性高,預計至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”得更清更遠更廣,滿足更多應用場景需求。

         

        由于攝像頭通常只負責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”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系統實時接收信號并加以分析作出響應,還需考慮實現整個系統的成本和功耗。

         

        GMSL 全面支持ADAS系統所要求的高速數據傳輸和信號完整性保障,包括攝像頭的超低功耗運行、傳感器數據的快速匯聚等。由于GMSL技術具備視頻切割功能,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據對準到同一像素,實現關鍵參數的用戶編程,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量,有效降低設計風險、加快產品上市進程。

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        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解串器內部集成了圖像處理功能,在接收到GMSL串行化的數據后可直接進行解串與圖像處理,根據客戶需求進行多路圖像信息的拼接還原,并呈現于車載顯示屏上,節省了中央處理器平臺進行圖像處理的延時。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部,直接實現由車機系統為攝像頭運行供電。

         

        值得一提的是,所有的GMSL解決方案都滿足汽車功能安全標準ASIL B規范要求。由于GMSL串行器和解串器均內置擴頻功能,有效改善了鏈路的電磁兼容性,而無需外部擴頻時鐘,這也是GMSL產品解決方案的最大優勢所在,能有效幫助客戶的系統設計滿足車規級標準。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量以及數據完整性做監測,通過提高汽車ADAS數據可靠性從而增強行駛安全性。

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        數據完整性是ADAS和信息娛樂系統的三大關鍵挑戰之一

         

        以創新數據總線連接技術,塑造互聯和個性化汽車未來

        步入數字經濟時代,數據成為新的生產資料和關鍵生產要素,高帶寬數據傳輸,正成為下一代整車電子架構的剛需。事實上,ADI在高可靠性車用數據總線傳輸上做了大量的探索和卓有成效的產業技術輸出。

         

        同樣是在智能座艙內,車用音頻已經從過去單純的娛樂系統向信號輸入、觸發、處理與反饋的方向發展,并開始與汽車駕駛緊密結合。ADI創新性的A2B音頻總線技術把原來傳統的模擬音頻傳輸轉化成了數字音頻傳輸方案,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還有更多的創新應用,比如更適應高級音頻算法,可憑借DSP算法確保車內不同位置的音區獨立性,以及實現回聲消除、配合麥克風和功放進行ANC主動降噪等功能。

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        A2B技術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設備的主要應用之一,在汽車中廣泛部署以太網是整車電子電氣架構向以區域為導向過渡的關鍵之一,能大幅節省電纜成本,顯著減少ECU數量,并且支持通過無線更新部署新功能和增強功能。ADI基于新的IEEE 10base T1S標準的E2B以太網到邊緣總線,為許多車載傳感器和執行器提供高效、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雜網絡。

         

        如今,汽車工業最大的變革正在同時發生,其一是電動化,其二便是智能化和網聯化。作為世界領先的汽車半導體解決方案提供商,ADI一直與優秀的汽車OEM、一級供應商和生態系統合作伙伴密切合作,擴充核心技術并在系統和平臺的維度強化完整方案提供優勢。以GMSL SerDes技術為代表的ADI系列汽車連接解決方案,將幫助應對汽車數據傳輸鏈路設計的復雜性、重量和成本等一系列挑戰,為汽車制造商帶來巨大價值,共同塑造互聯和個性化汽車的未來。


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