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MIPI A-PHY是什么?为汽车而生的串行器/解串器接口规范为何重要?

2021-02-20 James Goel,MIPI联盟 阅读:
摄像头、传感器、显示器等元器件的接口在汽车新功能中发挥着重要作用,对这一重要接口制定统一的行业技术规范将推动创新、降低成本并提高功能安全和性能。MIPI联盟最近发布的MIPI A-PHY v1.0是第一个汽车长距离串行器/解串器(SerDes)物理层接口规范。

MIPI联盟最近发布了MIPI A-PHY v1.0,这是第一个汽车长距离串行器/解串器(SerDes)物理层接口规范。首先来解释一下汽车SerDes接口的用途以及为什么它们很重要。iCUednc

汽车变革性发展的新趋势加速了汽车电子技术的进步。高级驾驶辅助系统(ADAS)、车载信息娱乐系统(IVI)和自动驾驶系统(ADS)越来越需要更复杂的摄像头、传感器、显示器和车载处理能力。iCUednc

其好处显而易见:更先进的传感器和电子器件可以改善ADAS,更高分辨率和更大的车载显示器可以提高驾驶员的警觉性,ADS则可以消除人为错误。但是,这种发展趋势要求安全性和驾驶员应用不断创新,这使得汽车技术更加复杂。汽车OEM和供应商可以利用现有技术来支持这些技术的进步,同时通过标准化来简化技术开发。iCUednc

应用示例:更好的倒车摄像头

摄像头、传感器、显示器等元器件的接口在汽车新功能中发挥着重要作用。以倒车摄像头为例:后置摄像头拍摄的视频必须实时到达仪表板的显示屏,任何中断、延迟或故障都可能引起生死攸关的问题。iCUednc

汽车上连接这些元器件的物理层接口目前尚未标准化。对这一重要接口制定统一的行业技术规范将推动创新、降低成本并提高功能安全和性能。iCUednc

标准化接口还可以使新技术更快地投入应用,为OEM提供更多选择,促进互操作性,并提供更好的支持服务,例如不断发展的生态系统的测试和软件资源。iCUednc

MIPI A-PHY是什么?

MIPI联盟最近发布了MIPI A-PHY v1.0,这是第一个汽车长距离串行器/解串器物理层接口规范,提供点对点或菊花链拓扑的非对称数据链路,通过单根电缆传输高速单向数据和嵌入式双向控制数据,还可以根据需要进行选择性供电。联盟还推出了MIPI汽车SerDes解决方案(MASS),这是一系列基于A-PHY的全栈连接方​​案,可实现ADAS、IVI和ADS等应用所需的端到端安全性和功能安全性。iCUednc

为了支持快速发展的车载电子设备,A-PHY定义了可靠、耐用、低延迟、高带宽的接口,方便未来的性能提升。其主要特点包括:iCUednc

  • 高可靠性:10-19的超低数据包误差率,或者在汽车的整个使用寿命期少于一次误差
  • 高耐用性:极强的抗电磁干扰能力
  • 高性能:数据速率高达16Gbps,未来可达到48Gbps及更高;目前尚处于开发阶段的v1.1数据速率将提高一倍,达到32Gbps,上行链路数据速率将提高到200Mbps
  • 低延迟:固定延迟低至约6µs,具体取决于速度档位
  • 长距离:可达15米
  • 支持电缆供电

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图1:MIPI A-PHY用于摄像头和显示器及相关电子控制单元之间的高速传输数据。iCUednc

MIPI A-PHY实现:汽车制造商将分两个阶段在系统中集成A-PHY。首先,A-PHY在桥接芯片之间提供标准长距离接口。随着更多组件支持A-PHY,摄像头和显示器将利用A-PHY本地使用CSI-2和DSI-2,不需桥接芯片,从而降低成本和复杂性,减少布线、重量和空间占用。iCUednc

如图1所示,使用MIPI A-PHY的主要目的是在摄像头和显示器及相关电子控制单元(ECU)之间传输高速数据,它允许更高层协议(包括成熟的MIPI CSI-2和MIPI DSI-2规范)以及其他已认可协议——例如VESA的DisplayPort和Embedded DisplayPort(DP/eDP)——直接在车辆的物理链路上运行。iCUednc

将A-PHY直接集成到ECU最终使OEM不必再支持外部PHY桥接IC,可以降低成本,减少电缆的使用,同时缩短开发时间。iCUednc

镜头到屏幕图像传输

在倒车摄像头中,MASS提供的全栈解决方案使用相同的物理接口和相同的安全防护功能,提供了从摄像头到显示器的“镜头到屏幕”解决方案,图2显示了其工作原理。iCUednc

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图2:倒车摄像头的“镜头到屏幕”解决方案。iCUednc

后置摄像头像素流通过A-PHY利用CSI-2直接传输到ECU。ECU对叠加图形进行图像信号处理,并将视频流发送到一个或多个显示器。这时可以使用MIPI DSI-2或VESA DP/eDP通过A-PHY传输数据。iCUednc

MASS协议栈包含对CSI-2和DSI-2端到端功能安全性的增强,防止故障及恶意/非恶意篡改。此外,还可以利用高带宽数字内容保护(HDCP)来防止复制。比高清视频具有更高分辨率的图像就能从倒车摄像头传输到驾驶员的显示器了。iCUednc

其他MASS应用还包括车道保持和交通标志检测传感器;360度摄像头、激光雷达和雷达系统;多个高分辨率仪表、控制和娱乐显示器,如高级平视显示器和后视镜显示器。iCUednc

MASS协议栈

MASS协议栈包含安全和可靠性相关内容,还可包含MIPI和其他已认可的协议。iCUednc

A-PHY从物理层开始,包含用于恢复受损数据包并确保稳定连接的PHY层重传方案。A-PHY的数据链路层与协议无关,允许在一个A-PHY链路上复用多种协议。iCUednc

MIPI CSI-2和DSI-2等低层协议与A-PHY的集成,是通过一组安全扩展包以及协议适配层(将这些协议映射为A-PHY的A数据包格式)来实现的。针对MIPI CSI-2、MIPI DSI-2、VESA的DP/eDP、I2C、GPIO、I2S和以太网的协议适配层正在开发中,用于MIPI I3C总线接口的协议适配层也即将推出。iCUednc

在CSI-2、DSI-2和其他本机协议之上,还利用MIPI摄像头服务扩展模块(CSE)和显示服务扩展模块(DSE)增加了上层安全功能。这些扩展模块以及MIPI A-PHY参考合规性测试套件预计将于2021年初上市。iCUednc

这些因素有助于系统级工程师遵守ISO 26262安全标准,设计满足汽车任何安全完整性等级(从ASIL B到ASIL D)要求的系统。iCUednc

新车的开发需要数年时间,有了车内连接的标准化端到端方案,OEM及其供应商在未来采用新技术来增强安全性、改善乘车体验时,可以更加充满信心。iCUednc

(本文授权编译自EDN姐妹网站EETimes,原文参考链接:Automotive SerDes Interfaces Come of Age,由Jenny Liao编译)iCUednc

本文为《电子技术设计》2021年2月刊杂志文章“MIPI A-PHY:为汽车而生的串行器/解串器接口规范为何重要”,版权所有,禁止转载。免费杂志订阅申请点击这里iCUednc

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