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汽车电子革命要求接口更快更智能

2022-08-10 17:38:05 Raj Kumar Nagpal、Edo Cohen,Embedded.com特约作者 阅读:
MIPI汽车SerDes解决方案(MASS)是一个端到端框架,用于具有内置功能安全性(以及正在开发的安全性)的可靠、高性能链路…

在汽车行业,高级驾驶辅助系统(ADAS)、网联车载娱乐系统(IVI)和新兴的自动驾驶系统(ADS)等功能,比以往任何时候都更加重要,它们使车辆更安全并改善了驾驶体验。然而,它们也在带来新的需求,这些需求不仅增加了复杂性,还使产品开发变得更昂贵和更耗时。Fy3ednc

汽车制造商面临着压力,不仅要导入最新功能,同时还要控制成本、最大限度地降低功耗并确保电子系统在车辆寿命周期内可靠、安全。满足这些期望需要新的车内连接方法,尤其是连接传感器和显示器与其相关电子控制单元(ECU)之间的物理层接口。Fy3ednc

让我们来看看这些趋势、它们带来的需求以及满足这些需求的方法。Fy3ednc

更多摄像头、更多显示器、更多数据

2021年,研究公司Canalys估计,在美国、欧洲、日本和中国等主要市场销售的新车中,约有三分之一具有ADAS功能。它还预测,到2030年,道路上的所有汽车中有一半将启用ADAS。Fy3ednc

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1:配备ADASADS的车辆装有大量的摄像头和传感器,可实现360度可视性,从而对车内连接提出了新需求。Fy3ednc

(图片来源:MIPI联盟)Fy3ednc

高端ADAS可能使用多达12个或更多的摄像头,以及雷达、激光雷达(LiDAR)和超声波传感器,从而实现360度能见度、车道保持辅助、交通标志识别和自动紧急制动等安全功能。许多车辆还配备内部摄像头来监控驾驶的警觉性。自动驾驶汽车则配备了更多的传感器,对分辨率和性能的要求也在全面增长。Fy3ednc

新的电子功能还需要更多、更大、更高分辨率的显示器。如今,带有各种电子仪表、平视显示器和使用车外摄像头的虚拟镜子的数字驾驶舱,已经很普遍。中央堆栈、乘客侧和后座显示器正在不断改进,以便利用不断增长的基于云的娱乐、导航和本地信息资源。Fy3ednc

研究公司IHS Markit预测,到2026年,34.1%的新乘用车将配备各种数字仪表,41%的中央堆栈显示器将达到9英寸或更大。IVI显示器的尺寸通常超过12英寸,分辨率高达3,840×2,160像素。Fy3ednc

需求随技术进步不断增加

这些零部件的激增引发了围绕网络性能、复杂性和安全性的问题。将更多零部件连接到处理器——通过可能跨越整个车辆的链路——增加了网络的复杂性。传统上,每个传感器或显示单元都有自己的接线连接到相关的ECU,这就增加了线束重量和制造成本。同时,提高图像捕获和显示的分辨率和帧速率,也对OEM提出了挑战,这就意味着在不增加布线的情况下,要在每条链路上提供更高的带宽。Fy3ednc

随着安全关键用例的增长,汽车接口需要通过功能安全特性来满足行业要求,例如符合ISO 26262标准,以达到汽车安全完整性等级(ASIL)中的B到D级。车载传感器和ECU之间的连接,需要在车辆的整个生命周期内的所有条件下都受到保护,以防止错误或丢失的数据导致驾驶或车辆出错。从ECU到各种应用中所用显示器的链路也是如此,例如来自备用和停车辅助摄像头的视频馈送。Fy3ednc

标准化的力量

传感器和显示器连接的标准化方法,可以帮助制造商满足这些要求。它可以免除对专有解决方案昂贵、耗时的集成和测试,从而避免新功能导入的延迟。基于标准接口的互操作性,也可以让更多的新从业者进入市场,而让OEM有更多的供应商可供选择。Fy3ednc

MIPI联盟透过MIPI汽车SerDes解决方案(MASS)提供了这种方法,这是一个端到端框架,用于具有内置功能安全(以及正在开发的安全性)的可靠、高性能链路。MASS通过让OEM能够利用A-PHY (首个标准化的非对称长距离SerDes物理层接口)在车辆上实施通用汽车接口协议,使复杂性大为降低。Fy3ednc

作为MASS框架的基础,A-PHY提供了更高的性能和灵活性,以及安全关键型应用所需的可靠性和弹性。其最大下行链路数据速率已从A-PHY v1.0中的16Gbps,增加到今年早些时候推出的A-PHY v1.1中的每链路32Gbps,而未来路线图则为64Gbps甚至更高。在v1.1中,最大上行链路数据速率也增加了一倍,从100Mbps提高到200Mbps。10-19的超低数据包误差率和高抗噪性,则可在车辆的整个生命周期内提供可靠的通信保证。Fy3ednc

A-PHY等标准化接口可达15m,这样的接口可以简化集成,并降低各种架构的网络成本和复杂性。它支持在车辆任何地方的边缘零部件和ECU之间建立链路,从而无需在短距离接口(例如MIPI C-PHY或MIPI D-PHY)和专有的长距离接口之间使用“桥接”处理器。A-PHY还支持制造商通过一根电缆将多套设备以菊花链方式连接到一个ECU。Fy3ednc

具有更大灵活性的A-PHY v1.1

A-PHY通过适配层支持多种现有接口协议,并且可以在各种拓扑和配置中实现,A-PHY v1.1增加了这种灵活性以支持更多类型的实现。Fy3ednc

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2A-PHY v1.1增加了A-PHY的灵活性,支持Star Quad (STQ)电缆的使用。通过三个新的配置选项,OEM可以利用更多方式满足连接需求。Fy3ednc

(图片来源:MIPI联盟)Fy3ednc

A-PHY v1.1中增加了对Star Quad电缆的支持,这是一种具有两个差分对的屏蔽电缆,如图3所示。Fy3ednc

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3Star Quad电缆横截面示意图。Fy3ednc

(图片来源:MIPI联盟)Fy3ednc

它支持三种新配置:Fy3ednc

  • 双下行链路配置,使用STQ电缆中的两对导线来实现32Gbps的下行链路速率;
  • 具有16Gbps下行链路和4Gbps反向链路的非对称选项,可实现双向高速数据传输。因此一根电缆可以服务成对的设备,例如共置摄像头和显示器;
  • 对称配置,通过一根STQ电缆提供16Gbps下行链路和16Gbps反向下行链路。

通过对低速齿轮提供PAM4编码(支持窄带宽、低于1GHz的操作),A-PHY v1.1还支持制造商使用现有平台上的传统电缆或新平台上的低成本电缆类型迁移到A-PHY。Fy3ednc

A-PHY具有多种内置功能安全特性,包括循环冗余校验(CRC)、用于检测数据包丢失的8位消息计数器,以及用于检测通信丢失的超时监视器。此外,其独特的重传方案(RTS),可恢复损坏的数据包,以实现稳定的连接,从而提高抗噪能力,并最大限度地减少数据包误差。另外,MASS框架还包括协议栈上层功能安全的附加功能。Fy3ednc

机会的时代

MIPI A-PHY等标准化接口将继续以更高的带宽和更大的灵活性向前发展,这将使制造商能够在满足未来互联、自主、共享和电动的汽车车型新要求的同时,享有更多的可能性。Fy3ednc

本文作者:

Raj Kumar Nagpal为Synopsys资深工程师、MIPI A-PHY工作小组联合主席、D-PHY工作小组主席和MIPI PHY指导小组主席Fy3ednc

Edo Cohen为Valens Semiconductor生态系统开发副总裁暨MIPI A-PHY工作小组联合主席Fy3ednc

(参考原文:Automotive electronics revolution requires faster, smarter interfaces,by Raj Kumar Nagpal、Edo Cohen)Fy3ednc

本文同步刊登于EDN姐妹刊物《电子工程专辑》杂志20228Fy3ednc

责编:Franklin
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