一、介紹
如上圖，是中央計(jì)算-區(qū)域控制架構(gòu)下的智能座艙硬件平臺(tái)框架圖，其中，智能座艙控制器CDC掛載在以太網(wǎng)交換機(jī)上，與其他車(chē)控域VDC，自駕域ADC，網(wǎng)聯(lián)設(shè)備5G+V2X等通過(guò)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。而智能座艙域的外部硬件設(shè)備還包含有連接子系統(tǒng)，音頻子系統(tǒng)，攝像頭子系統(tǒng)，顯示子系統(tǒng)，存儲(chǔ)子系統(tǒng)，功能安全子系統(tǒng)等。作為CDC的無(wú)線連接子模塊，Wi-Fi/BT 模塊位于CDC內(nèi)部。這些子系統(tǒng)共同組成了智能座艙域的硬件平臺(tái)。
二、有線連接技術(shù)
2.1 車(chē)載CAN總線
CAN（Controller Area Network）控制器局域網(wǎng)，是BOSCH為了解決車(chē)輛增加的信號(hào)傳輸首先提出，也是ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化的串行通信協(xié)議。
CAN的特點(diǎn)：
1）多主控制：類(lèi)似廣播式，在總線空閑時(shí)，所有單元都可以向總線發(fā)送報(bào)文，通過(guò)逐位仲裁來(lái)識(shí)別報(bào)文ID（標(biāo)識(shí)符）的優(yōu)先級(jí)，優(yōu)先級(jí)高的獲得發(fā)送權(quán)。
2）系統(tǒng)的柔軟性：與總線相連的單元沒(méi)有類(lèi)似于“地址”的信息，因此在總線上增加單元時(shí)，連接在總線上的其他單元的軟硬件及應(yīng)用層都不需要改變。
3）遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)請(qǐng)求：可通過(guò)發(fā)送“遙控幀”請(qǐng)求其他單元發(fā)送數(shù)據(jù)。
4）錯(cuò)誤檢測(cè)功能、錯(cuò)誤通知功能、錯(cuò)誤恢復(fù)功能：所有單元都可以檢測(cè)錯(cuò)誤，檢測(cè)出的錯(cuò)誤會(huì)立即通知其他所有的單元，正在發(fā)送消息的單元一旦檢測(cè)出錯(cuò)誤，會(huì)強(qiáng)制結(jié)束當(dāng)前的發(fā)送，強(qiáng)制結(jié)束發(fā)送的單元會(huì)不斷反復(fù)地重新發(fā)送
直到成功發(fā)送為止。
5）故障封閉：CAN可以判斷出錯(cuò)誤的類(lèi)型是總線上暫時(shí)的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤還是持續(xù)的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤（如單元內(nèi)部故障、驅(qū)動(dòng)器故障、斷線等），由此功能，當(dāng)總線上發(fā)生持續(xù)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤時(shí)，可將引起此故障的單元從總線上隔離出去。
6）連接：總線上連接的單元數(shù)量受總線上的時(shí)間延遲及電氣負(fù)載的限制。降低通信速度，可連接的單元數(shù)增加，提高通信速度，可連接的單元數(shù)減少。
CAN BUS多用于工控和汽車(chē)領(lǐng)域，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高?？梢圆捎脙筛€進(jìn)行傳輸，具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、傳輸距離較遠(yuǎn)、抗電磁干擾能力強(qiáng)、成本低等優(yōu)點(diǎn)。在分布式的汽車(chē)電子電氣架構(gòu)中，CAN總線是用來(lái)進(jìn)行ECU之間互聯(lián)的主要通訊總線。來(lái)看一個(gè)CAN總線在汽車(chē)上的應(yīng)用例子：
2.2 車(chē)載以太網(wǎng)
車(chē)載以太網(wǎng)的大規(guī)模應(yīng)用，實(shí)際上是隨著汽車(chē)的電動(dòng)化，智能化發(fā)展而來(lái)的。在分布式的EEA時(shí)代，各ECU之間需要相互傳輸?shù)男盘?hào)量極少，使用CAN總線即可實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。當(dāng)汽車(chē)進(jìn)入智能化時(shí)代，EEA架構(gòu)向中央計(jì)算-區(qū)域控制方向演進(jìn)。由于汽車(chē)內(nèi)使用的傳感器越來(lái)越多，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量越來(lái)越大，所需帶寬也越來(lái)越多，因此需要有新的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)來(lái)支撐這一變化。
為了滿足中央計(jì)算機(jī)與區(qū)域控制器之間的互聯(lián)要求，車(chē)載以太網(wǎng)被認(rèn)為是一個(gè)合適的解決方案。
如上圖所示，各個(gè)域控制器之間采用ETH車(chē)載以太網(wǎng)進(jìn)行連接，而域控制器內(nèi)部則還是采用星型架構(gòu)。為了保證ETH傳輸?shù)目煽?，還要求多個(gè)域控制器之間的ETH進(jìn)行互聯(lián)，組成以太環(huán)網(wǎng)。由于ECU演進(jìn)的程度不統(tǒng)一，它們所采用的互聯(lián)技術(shù)，可能有CAN，CAN-FD，LIN，F(xiàn)lexRay等各種總線。而對(duì)于Camera, 顯示屏等多媒體設(shè)備來(lái)說(shuō)，所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量特別大，還需要采用特殊的串行-解串器進(jìn)行連接。
上圖所展示的還是集成式域控制器架構(gòu)。整車(chē)電子電氣架構(gòu)按功能進(jìn)行劃分，分為車(chē)身域，ADAS域，信息娛樂(lè)域，底盤(pán)域，動(dòng)力域等，各域控制器之間依賴(lài)中央網(wǎng)關(guān)進(jìn)行互聯(lián)。而對(duì)于中央集成-區(qū)域控制架構(gòu)來(lái)說(shuō)，以上的各域控制器將集中到一個(gè)中央計(jì)算機(jī)內(nèi)部。各個(gè)ECU，仍然使用CAN，LIN，F(xiàn)lexRay等技術(shù)。它們按汽車(chē)物理區(qū)域的劃分，分別掛載到不同位置的Zone區(qū)域控制器下。此時(shí)Zone起到了一個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)的作用，提供了以太網(wǎng)到其他總線的轉(zhuǎn)發(fā)功能。如下圖所示：
車(chē)載以太網(wǎng)的要點(diǎn)：
1. AVB
以太網(wǎng)音視頻橋接技術(shù)（Ethernet Audio/Video Bridging，又稱(chēng)“Ethernet AVB”，以下簡(jiǎn)稱(chēng)AVB）是一項(xiàng)新的IEEE802標(biāo)準(zhǔn)，其在傳統(tǒng)以太網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，通過(guò)保障帶寬（Bandwidth），限制延遲(Latency）和精確時(shí)鐘同步（Time synchronization），以支持各種基于音頻、視頻的網(wǎng)絡(luò)多媒體應(yīng)用。AVB關(guān)注于增強(qiáng)傳統(tǒng)以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)音視頻性能，同時(shí)又保持了100%向后兼容傳統(tǒng)以太網(wǎng)，是極具發(fā)展?jié)摿Φ南乱淮W(wǎng)絡(luò)音視頻實(shí)時(shí)傳輸技術(shù)。
車(chē)載以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)分兩部分，一部分是最底層的 PHY 標(biāo)準(zhǔn)， 另一部分是鏈路層標(biāo)準(zhǔn)。
車(chē)載以太網(wǎng) PHY 標(biāo)準(zhǔn)主要是制定單對(duì)雙絞線標(biāo)準(zhǔn)，傳統(tǒng)以太網(wǎng)與車(chē)載以太網(wǎng)最大不同是傳統(tǒng)以太網(wǎng)需要 2-4 對(duì)線，車(chē)載以太網(wǎng)只需要一對(duì)。
2. TSN
TSN是時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（Time-Sensitive Network）的英文縮寫(xiě)，是IEEE 802.1 TSN工作組開(kāi)發(fā)的一系列數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議規(guī)范的統(tǒng)稱(chēng)，用于指導(dǎo)和開(kāi)發(fā)低延遲、低抖動(dòng)，并具有傳輸時(shí)間確定性的以太網(wǎng)局域網(wǎng)，是傳統(tǒng)以太網(wǎng)在汽車(chē)等特定應(yīng)用環(huán)境下的增強(qiáng)功能實(shí)現(xiàn)。
進(jìn)入21世紀(jì)以后，隨著以太網(wǎng)的普及，基于以太網(wǎng)的多媒體應(yīng)用需求與日俱增，于是2006年IEEE成立了AVB工作組，制定了一系列新的802.11技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)現(xiàn)有以太網(wǎng)進(jìn)行功能擴(kuò)充，包括帶寬保持、限制延時(shí)和精確時(shí)鐘同步，提供了高質(zhì)量、低延時(shí)、時(shí)間同步的音視頻局域網(wǎng)解決方案。
隨著工業(yè)4.0概念的提出和車(chē)聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來(lái)，工業(yè)和汽車(chē)對(duì)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)技術(shù)的需求迅速增長(zhǎng)，在2012年，AVB工作組更名為T(mén)SN工作組，在繼承AVB已有的技術(shù)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步針對(duì)實(shí)時(shí)通信的應(yīng)用場(chǎng)景，制定并提出了更多可行的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，籍此在未來(lái)的工業(yè)和汽車(chē)等領(lǐng)域繼續(xù)引領(lǐng)以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展。
TSN的特點(diǎn)：
1) 時(shí)鐘同步
IEEE1588 協(xié)議，又稱(chēng) PTP（ precise time protocol，精確時(shí)鐘協(xié)議），可以達(dá)到亞微秒級(jí)別時(shí)間同步精度，于 2002 年發(fā)布 version 1，2008 年發(fā)布 version 2。它的主要原理是通過(guò)一個(gè)同步信號(hào)周期性地對(duì)網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘進(jìn)行同步校正，可以使基于以太網(wǎng)的分布式系統(tǒng)達(dá)到精確同步，IEEE1588PTP 時(shí)鐘同步技術(shù)也可以應(yīng)用于任何組播網(wǎng)絡(luò)中。
2) 低延時(shí)
汽車(chē)控制數(shù)據(jù)可以分為三種，Scheduled Traffic、Reserved Traffic、Best-effort Traffic。Scheduled Traffic， 如底盤(pán)控制數(shù)據(jù)，必須按照嚴(yán)格的時(shí)間要求送達(dá)。Best-effort Traffic，如娛樂(lè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，沒(méi)有強(qiáng)制要求，可以靈活掌握。汽車(chē)行業(yè)一般要求底盤(pán)系統(tǒng)延遲不超過(guò) 5 毫秒，最好是 2.5 毫秒或 1 毫秒，這也是車(chē)載以太網(wǎng)與通用以太網(wǎng)最大不同之處，要求低延遲。低延遲的核心標(biāo)準(zhǔn)是 IEEE802.1Qbv 時(shí)間感知隊(duì)列。
通過(guò)時(shí)間感知整形器(TAS 即 Time Aware Shaper)使 TSN 交換 機(jī)能夠來(lái)控制隊(duì)列流量（queued traffic），以太網(wǎng)幀被標(biāo)識(shí)并指派給基于優(yōu)先級(jí)的 VLAN Tag，每個(gè)隊(duì)列在一個(gè)時(shí)間表中定義， 然后這些數(shù)據(jù)隊(duì)列報(bào)文的在預(yù)定時(shí)間窗口在出口執(zhí)行傳輸。其它隊(duì)列將被鎖定在規(guī)定時(shí)間窗口里。因此消除了周期性數(shù)據(jù)被非周期性數(shù)據(jù)所影響的結(jié)果。這意味著每個(gè)交換機(jī)的延遲是確定的，可知的。而在 TSN 網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)報(bào)文延時(shí)被得到保障。
3) 高可靠性
TSN 中保證高可靠性主要依靠 802.1CB 標(biāo)準(zhǔn)。這也是無(wú)人駕 駛必須用 TSN 的主要原因，也只有 TSN 能讓整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到功能 安全的最高等級(jí) ASIL D 級(jí)。對(duì)于ASIL D級(jí)別的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，一般需要冗余備份系統(tǒng)。802.1CB 協(xié)議為兩套系統(tǒng)間的冗余備份提供了交互機(jī)制。
對(duì)于非常重要的數(shù)據(jù)，802.1CB 會(huì)多發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)備份， 這個(gè)備份會(huì)沿著最遠(yuǎn)離主數(shù)據(jù)路徑交集的路徑傳輸。如果兩個(gè)數(shù)據(jù)都接收到，在接收端把冗余幀消除，如果只接收到一幀數(shù)據(jù)，那么就進(jìn)入冗余后備模式。
3. 帶寬
車(chē)載以太網(wǎng)線束受車(chē)內(nèi)EMC等的影響，目前(2023)，通過(guò)以太網(wǎng)線纜傳輸?shù)臄?shù)據(jù)帶寬仍然只有1Gbps；在中央計(jì)算平臺(tái)內(nèi)部的以太網(wǎng)交換機(jī)可以提供10Gbps的傳輸帶寬。更大的帶寬仍然需要等待技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。
因此，采用車(chē)載以太網(wǎng)仍然不能全部替代車(chē)內(nèi)的傳感器傳輸線纜，尤其是用來(lái)傳輸攝像頭，顯示屏的高速音視頻傳輸接口。在汽車(chē)產(chǎn)業(yè)上，針對(duì)這類(lèi)數(shù)據(jù)傳輸需求(高帶寬，低時(shí)延，節(jié)點(diǎn)多)，仍然只能采用點(diǎn)到點(diǎn)式的星型結(jié)構(gòu)進(jìn)行互聯(lián)，其采用的通信接口也正是下面所討論到的高速音視頻傳輸接口。
2.3 高速視頻傳輸 (FPD-Link)
為了滿足智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)對(duì)多傳感器的需求，需要有高速視頻傳輸總線來(lái)將這些傳感器連接到中央計(jì)算機(jī)上。這些傳感器一般為視覺(jué)攝像頭或者大型液晶顯示屏等。它們對(duì)通信的要求是，高帶寬，低時(shí)延。通信連接類(lèi)型一般是點(diǎn)到點(diǎn)的方式。例如用于高級(jí)自動(dòng)輔助駕駛ADAS系統(tǒng)的攝像頭，一般為5M的 Camera Sensor，它所需要的傳輸帶寬高達(dá) 2.5Gbps，而這樣的攝像頭全車(chē)需要10多個(gè)。目前的車(chē)載以太網(wǎng)技術(shù)根本承載不了這樣的帶寬需求，因此只能考慮專(zhuān)用點(diǎn)到點(diǎn)的連接方式。
如下圖所示，攝像頭和顯示屏，都通過(guò)專(zhuān)用的高速視頻傳輸接口連接到中央計(jì)算平臺(tái)上。其中智能座艙域控制器需要連接的是座艙內(nèi)部攝像頭(輸入)和座艙內(nèi)的顯示屏(輸出)。其中可能會(huì)使用到不同類(lèi)型的傳輸接口以及線纜。
車(chē)載高速音視頻傳輸接口還有另外一個(gè)特殊的需求，即長(zhǎng)距離傳輸和車(chē)內(nèi)電磁兼容性設(shè)計(jì)EMC(Electro Magnetic Compatibility)。相比起個(gè)人消費(fèi)類(lèi)電子設(shè)備，車(chē)載傳感器所使用的連接接口工作環(huán)境可謂惡劣。首先是要考慮3-10米的傳輸距離。一個(gè)攝像頭或者一個(gè)顯示屏，與車(chē)載中央計(jì)算平臺(tái)的物理距離，短則1至3米，長(zhǎng)則可達(dá)10米，一般的數(shù)據(jù)接口根本無(wú)法滿足這樣長(zhǎng)的傳輸距離。另一方面，車(chē)內(nèi)工作環(huán)境復(fù)雜，溫度高，電磁干擾大，數(shù)據(jù)傳輸距離增加會(huì)帶來(lái)信號(hào)的衰減。因此，需要有專(zhuān)門(mén)的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)來(lái)滿足車(chē)內(nèi)高速音視頻傳輸?shù)男枨蟆?/span>
1）FPD-Link
攝像頭或者顯示屏上傳輸?shù)囊曨l信號(hào)，一般都是RGB、YUV、或者raw data等圖像格式的數(shù)據(jù)。按圖像的數(shù)據(jù)特點(diǎn)來(lái)看，每個(gè)像素都由多個(gè)bit組成。在最初的圖像傳輸接口中，采用高速并行接口來(lái)傳輸數(shù)據(jù)。但這樣帶來(lái)的問(wèn)題是接插件的針數(shù)多，尺寸大，傳輸線纜的重量，成本都會(huì)很高；線束的安裝成本也很高，長(zhǎng)距離傳輸?shù)恼`碼率相當(dāng)高，導(dǎo)致傳輸帶寬受限。
因此，采用串行傳輸是代替這種并行傳輸?shù)挠行Ы鉀Q方法。通過(guò)把發(fā)送端的多條并行數(shù)據(jù)（包括視頻和控制、語(yǔ)音等數(shù)據(jù)）轉(zhuǎn)換成單條的串行數(shù)據(jù)，在接收端再把串行的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換恢復(fù)成并行視頻格式和低速控制信號(hào)，就能有效解決上文所提的 “高帶寬，低時(shí)延，長(zhǎng)距離” 傳輸?shù)膯?wèn)題 。
首先要解釋一下并行傳輸轉(zhuǎn)換為串行傳輸?shù)脑?。要想?shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離的高速傳輸，LVDS是一種可行的技術(shù)，即低壓差分信號(hào)(Low-Voltage Differential Signaling)。它是一種低功耗，低誤碼率，低串?dāng)_和低輻射的差分信號(hào)傳輸技術(shù)。它通常需要通過(guò)一對(duì)信號(hào)線，以極低的電壓擺幅高速差動(dòng)來(lái)傳輸數(shù)據(jù)。
FPD-Link是基于LVDS物理層之上的一種通信標(biāo)準(zhǔn)。它的英文全稱(chēng)是Flat Panel Display Link，是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司(后被德州儀器TI公司收購(gòu))于1996年提出的。FPD-Link I代芯片組將寬并行的RGB總線串行化為4或5對(duì)LVDS信號(hào)。如下圖所示：21根并行信號(hào)線串行化為4對(duì)LVDS信號(hào)，其中3對(duì)數(shù)據(jù)線，1對(duì)時(shí)鐘線。
到了FPD-Link III的時(shí)代，TI 停止使用 LVDS 模式，而改為CML模式。它通過(guò)一對(duì)屏蔽雙絞線(STP)或者一根同軸電纜(Coax)即可傳輸高速串行信號(hào)。它可以實(shí)現(xiàn)在10米的距離上傳輸6Gbps的數(shù)據(jù)。通過(guò)增加一對(duì)串行和解串器，在傳輸線上可以實(shí)現(xiàn)高速正向通道和低速反向通道。
正向傳輸通道用于以最小的延遲將串行化視頻、音頻或其他數(shù)據(jù)發(fā)送到端點(diǎn)設(shè)備。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)， 串行器必須重新格式化其傳入的數(shù)據(jù)并嵌入數(shù)據(jù)時(shí)鐘，以便可以使用更少的導(dǎo)體將其輸出。通過(guò)利用專(zhuān)有的回聲消除技術(shù)，F(xiàn)PD-Link 串行器/解串器還允許通過(guò)一個(gè)物理導(dǎo)體進(jìn)行全雙工通信。
當(dāng)高速數(shù)據(jù)沿正向方向從串行器傳輸?shù)浇獯鲿r(shí)，低速數(shù)據(jù)也同時(shí)傳輸回到串行器，而無(wú)需時(shí)分復(fù)用。FPD-Link 串行器和解串器設(shè)備通過(guò)在鏈路的每一端連續(xù)抵消其自己的傳輸信號(hào)來(lái)自動(dòng)建立該雙向通道。反向通道通常以比正向通道數(shù)據(jù)低得多的速度運(yùn)行，以便于在兩側(cè)實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)姆蛛x，并且可以包含有關(guān)同步設(shè)備的信息、觸摸中斷、控制信號(hào)、狀態(tài)信息等。使用同步反向通道通信， 還可以在鏈路上沿正向或反向方向啟用 I2C 訪問(wèn)或 GPIO 傳輸。為了補(bǔ)償通道插入損耗（該損耗可能很大，具體取決于運(yùn)行速度以及所用電纜的類(lèi)型或長(zhǎng)度）FPD-Link 解串器利用多種均衡技術(shù)來(lái)恢復(fù)高頻信號(hào)成分并減輕碼間串?dāng)_、反射或外部噪聲產(chǎn)生的影響。
2） 自適應(yīng)均衡器
高速視頻信號(hào)從串行器傳輸?shù)浇獯鞯倪^(guò)程中經(jīng)過(guò)PCB走線、連接器和線束，這些傳輸介質(zhì)都會(huì)衰減信號(hào)幅度，增加信號(hào)噪聲，而且頻率越高，被影響的程度越大。如下圖所示，串行器的輸出數(shù)據(jù)的眼圖為左邊第一幅圖所示，比較清晰、干凈。經(jīng)過(guò)傳輸線以后，眼圖閉合，如中間第二幅圖所示。為了補(bǔ)償傳輸介質(zhì)對(duì)信號(hào)的惡化，F(xiàn)PD Link 器件提供了Equalizer均衡器模塊。這個(gè)模塊放大補(bǔ)償輸入信號(hào)，且對(duì)信號(hào)高頻部分補(bǔ)償?shù)酶?，以此?lái)部分抵消傳輸通道對(duì)信號(hào)的影響。通過(guò)Equalizer之后，輸入信號(hào)的眼圖重新張開(kāi)，如右邊第三幅圖所示。
由于FPD Link需要適應(yīng)不同類(lèi)型不同長(zhǎng)度的線束，所以均衡器的高頻增益值分多個(gè)等級(jí)，芯片會(huì)自動(dòng)檢測(cè)輸入信號(hào)的質(zhì)量，自適應(yīng)地設(shè)置最佳的均衡值，這個(gè)自適應(yīng)模塊叫AEQ。該模塊在解串器每次上電時(shí)做一次自適應(yīng)補(bǔ)償，所以即便線束存在老化、溫漂、線束個(gè)體差異等實(shí)際差異時(shí)，AEQ 都能夠自動(dòng)選擇出最佳的補(bǔ)償?shù)燃?jí)。另外，技術(shù)人員也可以讀取上電以后的AEQ 的補(bǔ)償值，如果明顯高于正常值，可以判斷當(dāng)前傳輸通道可能存在短路、松動(dòng)、彎曲等異常情況。
AEQ內(nèi)還集成有CDR（Clock Data Recovery） 電路，集成的鎖相環(huán)電路鎖定輸入數(shù)據(jù)Incoming Data并輸出降噪以后的較干凈的同頻率時(shí)鐘Recovered Clock；同時(shí)這個(gè)干凈時(shí)鐘做為新的采樣時(shí)鐘，在Sampler上對(duì)輸入數(shù)據(jù)重新采樣并輸出，從而達(dá)到濾除輸入數(shù)據(jù)抖動(dòng)、降低碼間串?dāng)_、減少通道間串?dāng)_和恢復(fù)數(shù)據(jù)眼圖的功能。
2.4 高速視頻傳輸(GMSL)
為了解決未來(lái)汽車(chē)系統(tǒng)所面臨的問(wèn)題，美信(Maxim)推出了全新下一代GMSL技術(shù)，即吉比特多媒體串行鏈路(GMSL)串行器和解串器，用來(lái)支持未來(lái)ADAS和信息娛樂(lè)系統(tǒng)要求的寬帶、互聯(lián)復(fù)雜度和數(shù)據(jù)完整性的要求。
GMSL技術(shù)可以支持4K的數(shù)據(jù)傳輸流，采用同軸電纜或雙絞線介質(zhì)時(shí)，支持長(zhǎng)達(dá)15米的傳輸距離，該產(chǎn)品滿足業(yè)界最為嚴(yán)苛的EMC。支持視頻的匯聚與分割，同時(shí)還集成了診斷功能，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鏈路傳輸性能。
美信的GMSL可以支持如下多種用法：
1. 支持Video和以太網(wǎng)：
通過(guò)GMSL技術(shù)，可以整合高清視頻和高速以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸，簡(jiǎn)化了車(chē)內(nèi)的布局布線，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更為簡(jiǎn)單。
2. 支持多路Video：
針對(duì)多傳感器融合，由于具備視頻切割功能，所以可以使用一個(gè)串行器整合多路視頻數(shù)據(jù)，然后分別送入不同的顯示器。
3. 支持Camera 4通道聚合
在環(huán)視系統(tǒng)中，由于具有視頻匯聚功能，通過(guò)GMSL四通道解串器，可以同時(shí)支持四個(gè)攝像頭的傳輸，大大節(jié)約系統(tǒng)布線的困擾以及FPGA的設(shè)計(jì)成本。
串行器和解串器IC均內(nèi)置擴(kuò)頻功能，以改善鏈路的電磁兼容(EMI)性，無(wú)需外部擴(kuò)頻時(shí)鐘。串行器和解串器系列產(chǎn)品的互操作性允許鏈路兩側(cè)使用不同接口。除驅(qū)動(dòng)高分辨率中央/后排顯示屏和儀表盤(pán)外，GMSL SerDes也能勝任百萬(wàn)像素級(jí)攝像系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
與FPD-Link類(lèi)似，GMSL同樣支持前向高速數(shù)據(jù)傳輸，反向低速控制信號(hào)傳輸?shù)裙δ?。因此在?chē)載高速音視頻傳輸接口中，通常都會(huì)選擇FPD-Link或者GMSL互為供應(yīng)鏈備份。
2.5 高速視頻傳輸(MIPI A-Phy)
MIPI A-phy是MIPI聯(lián)盟制定的，用于汽車(chē)行業(yè)的串行解串器規(guī)范。2015年中期，MIPI聯(lián)盟確定了對(duì)統(tǒng)一的車(chē)載連接規(guī)范的需求，該規(guī)范可以滿足汽車(chē)行業(yè)對(duì)高帶寬，低時(shí)延，重量輕，功耗低的需求。到2020年6月，MIPI聯(lián)盟宣布已經(jīng)完成MIPI A-Phy V1.0的開(kāi)發(fā)，這是一個(gè)用于汽車(chē)應(yīng)用的長(zhǎng)距離SerDes物理層接口。
MIPI聯(lián)盟制定的其他規(guī)范，例如C-Phy，D-Phy，M-Phy，已經(jīng)在消費(fèi)電子類(lèi)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用；但這幾個(gè)規(guī)范都只能在短距離應(yīng)用，最多傳輸15cm。而A-Phy的設(shè)計(jì)則是為了滿足跨越整個(gè)車(chē)輛距離的高速數(shù)據(jù)傳輸。它最大傳輸距離能達(dá)到15米；通過(guò)使用STP線纜，增加傳輸通道，A-Phy的傳輸速率可以超過(guò)16Gbps，甚至達(dá)到48Gbps；
采用A-Phy可以直接承載MIPI的CSI-2(用于Camera)和DSI-2(用于Display)協(xié)議，它可以分2步進(jìn)行應(yīng)用。
1. 采用A-Phy技術(shù)設(shè)計(jì)橋接芯片，類(lèi)似于FPD-Link或者GMSL，可以為客戶(hù)提供額外的其他選擇。
2. 直接在Camera，Display顯示屏，以及SOC主芯片內(nèi)部集成A-Phy，消除橋接芯片。
上圖說(shuō)明了配備A-phy的Camera和配備A-phy的ECU或汽車(chē)芯片之間最簡(jiǎn)單的直接連接。消除每個(gè)端點(diǎn)的橋接芯片將降低成本，電纜重量，功耗和等待時(shí)間，并提高可靠性。
可以看到，A-phy不是直接跨越式的替換現(xiàn)有的方案，而是通過(guò)兼容性的替代現(xiàn)有的SerDes橋接芯片，最后實(shí)現(xiàn)完全不用橋接芯片的最終方案。這樣的好處是平穩(wěn)過(guò)渡，有利于A-phy的接受和推廣。
A-phy的關(guān)鍵技術(shù)優(yōu)勢(shì)包括：
1) 非對(duì)稱(chēng)優(yōu)化架構(gòu)。A-PHY從頭開(kāi)始設(shè)計(jì)，用于從攝像機(jī)/傳感器到ECU以及ECU到顯示器的高速非對(duì)稱(chēng)傳輸，同時(shí)為命令和控制提供并發(fā)的低速雙向通信。與其他/對(duì)稱(chēng)架構(gòu)相比，優(yōu)化的非對(duì)稱(chēng)架構(gòu)可簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)并降低成本。
2) 簡(jiǎn)化系統(tǒng)集成并降低成本：對(duì)使用MIPI CSI-2和DSI-2的設(shè)備的原生支持，最終消除了對(duì)橋接IC的需求
3）遠(yuǎn)距離：15米連接距離；
4）高性能：5檔速度(2,4,8 和16Gbps)，未來(lái)48Gbps甚至更高；
5）端到端的功能安全：APHY+CSI2/DSI2可以支持ASILB~ASILD的功能安全；
6）高可靠性：超低的誤碼率PER,10^-19，可在車(chē)輛使用壽命內(nèi)提供空前的性能
7）移動(dòng)協(xié)議重用。在數(shù)十億智能手機(jī)和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中成功部署后，MIPI協(xié)議已被充分證明可直接用于汽車(chē)。
8）純硬件協(xié)議層。就像在使用D-PHY / C-PHY分層的移動(dòng)應(yīng)用程序中一樣，A-PHY與CSI-2 / DSI-2協(xié)議層緊密耦合，因此基本上在僅具有硬件的協(xié)議層下運(yùn)行，而無(wú)需軟件干預(yù)。該體系結(jié)構(gòu)與其他接口相比，后者具有更高的靈活
性，并利用軟件層來(lái)實(shí)現(xiàn)這種靈活性。
9）針對(duì)布線，成本和重量的優(yōu)化架構(gòu)。由于A-PHY的優(yōu)化的非對(duì)稱(chēng)架構(gòu)和硬件協(xié)議分層，A-PHY的實(shí)現(xiàn)可以滿足優(yōu)化的布線，成本和重量要求。隨著電子組件及其接口電纜的數(shù)量在實(shí)現(xiàn)自主的道路上增加，這一點(diǎn)變得越來(lái)越重要。
10）其他協(xié)議的靈活鏈路層支持。MIPI Alliance希望與其他將其本機(jī)協(xié)議應(yīng)用于汽車(chē)的組織合作。這包括VESA，它正在調(diào)整其DisplayPort協(xié)議規(guī)范以供汽車(chē)使用。為了適應(yīng)這些不斷發(fā)展的規(guī)范，A-PHY包括一個(gè)通用數(shù)據(jù)鏈路層，該
層可容納不同的協(xié)議適應(yīng)層，并計(jì)劃支持VESA的車(chē)載DisplayPort協(xié)議。
11）高EMC抗擾性。MIPI已投入大量資金來(lái)分析和測(cè)量惡劣的汽車(chē)通道，并得出結(jié)論，基于窄帶干擾消除器（NBIC）和重傳方案（RTS）的體系結(jié)構(gòu)可提供最強(qiáng)大的性能，特別是對(duì)于需要更長(zhǎng)數(shù)據(jù)速率的應(yīng)用距離。
A-phy 協(xié)議：
2.6 高速視頻傳輸(ASA)
ASA(Automotive Serdes Alliance)是汽車(chē)Serdes聯(lián)盟的簡(jiǎn)稱(chēng)。它是由包括70多家公司聯(lián)合組建的，成立于2019年5月。它的創(chuàng)始公司包括BMW，Continental，Broadcom and NXP等。在2020年12月，ASA發(fā)布了1.0 Spec。它是一個(gè)針對(duì)汽車(chē)內(nèi)部非對(duì)稱(chēng)連接(例如，Camera，Display，Sensor等) 的串行-解串通信技術(shù)，稱(chēng)為ASA Motion Link。它的特性包括如下：
1）Downlink line rates up to 16Gbps (up to 64Gbps under development)
2）Uplink rates greater than 100Mbps
3）Up to 15m Coaxial and 10m SDP channels
4）Includes Application Stream Encapsulation Protocol (ASEPs) for Video, I2C, Ethernet L2 (GPIO, I2S, embedded DP, SPI, HDI under development)
ASA的roadmap:
1. Gen1：支持Camera和Sensor的連接：采用ASA Serdes承載CSI
2. Gen2：支持Display的連接：采用ASA Serdes承載eDP或者HDMI
三、USB
USB是汽車(chē)座艙內(nèi)部通用的數(shù)據(jù)連接通道。在座艙內(nèi)方便的地方設(shè)置USB 接口，可以方便駕駛員，車(chē)內(nèi)乘客進(jìn)行充電，連接手機(jī)，U盤(pán)，卡拉OK等應(yīng)用。
使用USB插口，首先要考慮數(shù)據(jù)帶寬，其次要考慮插口類(lèi)型，最后要考慮是否符合車(chē)規(guī)標(biāo)準(zhǔn)要求。
3.1 帶寬
USB-IF組織發(fā)布了全新的USB4 v2.0規(guī)范，帶來(lái)了新一代的USB 80Gbps接口，還有全新的命名體系。
首先說(shuō)回到UBS4 2.0或者說(shuō)USB 80Gbps，其最主要的變化在于帶寬再次翻番來(lái)到了80Gbps，這得益于新的基于PAM3信號(hào)編碼機(jī)制的物理層架構(gòu)，同時(shí)還有新定義的80Gbps有源數(shù)據(jù)線。在特定應(yīng)用場(chǎng)景中，比如8K超高清顯示，USB 80Gbps還可以配置為非對(duì)稱(chēng)編碼異步傳輸模式，一個(gè)方向可以高達(dá)120Gbps，從而足夠承載DP 2.0/2.1 UHBR20信號(hào)，另一個(gè)方向則是40Gbps。
同時(shí)USB 80Gbps升級(jí)了數(shù)據(jù)和顯示協(xié)議，可以更好地利用帶寬，其中數(shù)據(jù)傳輸支持20Gbps的高帶寬，顯示傳輸則和DP 2.0、PCIe 4.0相互打通，共享PHY物理層，從而一個(gè)接口搞定高速數(shù)據(jù)、顯示。當(dāng)然了，USB 80Gbps依然保持向下兼容，而且只有USB Type-C一種接口形式。
在接口的命名規(guī)則方面，USB接口將統(tǒng)一以傳輸帶寬命名，USB4 v2.0對(duì)應(yīng)USB 80Gbps，USB4對(duì)應(yīng)USB 40Gbps，USB 3.2 Gen2x2對(duì)應(yīng)20Gbps，USB 3.2 Gen2對(duì)應(yīng)USB 10Gbps，USB 3.2 Gen1對(duì)應(yīng)USB 5Gbps……更古老的USB 2.0、USB 1.0保持不變，因?yàn)樗鼈兊乃俣忍?，還停留在Mbps數(shù)量級(jí)。如果改叫USB 480Mbps，不但麻煩還容易引起誤會(huì)。
3.2 接口
USB Type-C是一種USB接口外形標(biāo)準(zhǔn)，擁有比Type-A及Type-B均小的體積，既可以應(yīng)用于PC（主設(shè)備）又可以應(yīng)用于外部設(shè)備（從設(shè)備，如手機(jī)）的接口類(lèi)型 。USB Type-C有4對(duì)TX/RX分線，2對(duì)USBD+/D-，一對(duì)SBU，2個(gè)CC，另外還有4個(gè)VBUS和4個(gè)地線。
1） 4* Tx/Rx ：一共4對(duì)高速信號(hào)差分線?？梢詡鬏?-lane DP信號(hào)，或者4-lane的USB 10Gbps信號(hào)；USB10Gbps信號(hào)只需要2對(duì)差分信號(hào)線(Tx+/Tx- and Rx+/Rx-) 即可傳輸；其他2對(duì)差分信號(hào)線是為了支持正反插而設(shè)計(jì)的。
2）2*D+/D-：2對(duì)USB D+/D-信號(hào)線。可以用來(lái)連接USB2.0，或者USB1.0，支持正反插。當(dāng)選擇使用DP+USB2.0模式時(shí)，可以支持ARVR；
3）2*CC：用于Power Delivery模塊(簡(jiǎn)稱(chēng)PD)的通訊。CC線首先用來(lái)判斷設(shè)備插入的方向，正插(CC1)或者反插(CC2)。
4）2*SBU：其他輔助用途。例如，在用于DP模式時(shí)，SBU作為DP協(xié)議中的AUX_P/AUX_N差分線，負(fù)責(zé)傳輸設(shè)備的DPCD，EDID等信息。
5）4*VBus and4*GND：用于供電。VBus提供默認(rèn)的5V@500mA供電能力。但是如果需要進(jìn)行快充，則額外的USB電力傳輸需要使用特殊的供電模塊。
3.3 供電
2021年5月25日，USB-IF協(xié)會(huì)推出了USB PD3.1最新快充標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，其中更新了有關(guān)供電能力的章節(jié)。USB PD3.1規(guī)范將原來(lái)的USB PD3.0內(nèi)容歸到標(biāo)準(zhǔn)功率范圍（Standard Power Range，簡(jiǎn)稱(chēng)SPR）里面，最大功率保持100W不變；同時(shí)增加了擴(kuò)展功率范圍（Extended Power Range，簡(jiǎn)稱(chēng)EPR），最大功率由100W擴(kuò)展到240W。
從具體的實(shí)現(xiàn)案例來(lái)看，目前的PD芯片可以支持單口或者雙口供電，并且可以實(shí)現(xiàn)雙口動(dòng)態(tài)功率調(diào)節(jié)。也就是說(shuō)，假設(shè)總功率為100W，每個(gè)VBus可以分配為65W/35W。
當(dāng)需要達(dá)到100W的充電功率時(shí)，一般電壓會(huì)為20V，電流達(dá)到5A。15W的充電功率，電壓為5V，電流為3A。
轉(zhuǎn)自汽車(chē)電子與軟件
