【導讀】汽車(chē)產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展的主要驅動(dòng)力正由過(guò)去聚焦于動(dòng)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(guān)體驗，各大品牌車(chē)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(lián)屏以及后排頂部大尺寸吸頂屏，6顆800萬(wàn)像素攝像頭和5顆200萬(wàn)像素攝像頭以及1個(gè)毫米波雷達+12個(gè)超聲波雷達+1個(gè)激光雷達等感知部件……
汽車(chē)從單純的交通工具演變?yōu)橐苿?dòng)出行空間的理念趨勢之下，車(chē)載功能越來(lái)越復雜，指數級增長(cháng)的數據傳輸及實(shí)時(shí)性處理，對汽車(chē)內部通訊網(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(chē)制造商面臨的最大挑戰之一。在業(yè)界各大半導體廠(chǎng)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(chē)輛的多個(gè)屏幕上顯示不同內容等優(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(chē)輛中部署超過(guò)5億個(gè)GMSL通訊節點(diǎn)，助力汽車(chē)實(shí)現更舒適智能的駕乘體驗與更安全的自動(dòng)駕駛目標。
汽車(chē)智能網(wǎng)聯(lián)大風(fēng)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(lè )、多傳感器融合、車(chē)身智能控制等都變得愈加復雜，并逐漸成為智能汽車(chē)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(chē)中是無(wú)法想象的量級。因此，實(shí)現高速、高可靠、低延時(shí)的數據傳輸系統變得前所未有的重要。
相較并行總線(xiàn)，SerDes（Serializer/Deserializer，串行器/解串器）是當前主流的時(shí)分多路復用、點(diǎn)對點(diǎn)的串行通信技術(shù)，不存在信號線(xiàn)間的干擾，而且也沒(méi)有同一時(shí)序要求，只需提高頻率就能進(jìn)行更高數據流傳輸，能有效滿(mǎn)足車(chē)載高帶寬數據實(shí)時(shí)傳輸需求。據研究機構Kingpin Market Research預測，至2026年全球車(chē)載SerDes市場(chǎng)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(cháng)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使用不同接口，廣泛適用于車(chē)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(zhì)支持長(cháng)達15m同軸電纜或10m-15m屏蔽雙絞線(xiàn)電纜，具有相當大的配置靈活性和成本優(yōu)勢，同時(shí)滿(mǎn)足汽車(chē)行業(yè)最苛刻的電磁兼容要求。
GMSL串行/解串數據傳輸架構示例圖
隨著(zhù)汽車(chē)總線(xiàn)技術(shù)的不斷演進(jìn)，ADI GMSL SerDes產(chǎn)品也持續迭代升級——2004年問(wèn)世的MAX9247/9248是GMSL第一代產(chǎn)品， 1Gbps的速率最大能傳輸3百萬(wàn)像素（1080p/30fps）的視頻流數據；2017年GMSL 第二代產(chǎn)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(wàn)像素（4K/30fps）的視頻流數據；如今GMSL第三代與第四代產(chǎn)品傳輸速率可達12Gbps，在面向未來(lái)汽車(chē)信息娛樂(lè )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(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(chē)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(lè )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(chē)制造商還積極嘗試增加后視鏡顯示屏來(lái)投射來(lái)自后置攝像頭的圖像等。未來(lái)的高清多屏互聯(lián)不僅是尺寸更大、畫(huà)質(zhì)更清晰，還更靈活地與智能車(chē)機系統有效互聯(lián)，將極大提升用戶(hù)的駕乘體驗，開(kāi)辟完美“第三生活空間”。
中控顯示屏越來(lái)越大越高清，對視頻數據信息傳輸的帶寬需求越來(lái)越高
從實(shí)現架構來(lái)看，車(chē)內顯示屏數量與分辨率的提升，與車(chē)載SoC系統的互聯(lián)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(shù)，在同一套硬件平臺中實(shí)現對多個(gè)屏幕顯示與交互的控制?；贕MSL SerDes技術(shù)可實(shí)現視頻源數據從處理器單元到各個(gè)車(chē)載顯示屏的回傳，在多個(gè)屏幕上顯示不同內容。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(gè)GMSL串行器最多可驅動(dòng)四個(gè)解串器，因此理論上可同時(shí)傳輸四塊屏幕的數據信息。
在支持車(chē)內顯示屏像素的提升上，目前主流的GMSL第三代產(chǎn)品已能實(shí)現800 萬(wàn)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(shù)（DSC），該技術(shù)針對高端電子設備的高質(zhì)量音視頻傳輸需求，能實(shí)現3：1無(wú)損壓縮的視頻信號傳輸。 此外，兼容不同類(lèi)型車(chē)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(chǎn)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(hù)無(wú)縫進(jìn)行SerDes產(chǎn)品的升級替換，降低整體成本的同時(shí)簡(jiǎn)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(wǎng)聯(lián)汽車(chē)技術(shù)進(jìn)入落地關(guān)鍵期，體現到整車(chē)上是越來(lái)越多新車(chē)通過(guò)高分辨率攝像頭來(lái)滿(mǎn)足智能駕駛時(shí)代對于環(huán)境感知的高標準。伴隨ADAS逐漸升級和加速滲透，疊加各車(chē)企硬件冗余性高，預計至2025年平均單車(chē)高清攝像頭搭載量有望接近10顆。與此同時(shí)，800萬(wàn)像素攝像頭滲透率的逐漸走高，讓車(chē)能“看”得更清更遠更廣，滿(mǎn)足更多應用場(chǎng)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(wú)損無(wú)延時(shí)的傳輸“視覺(jué)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(xiàn)帶寬帶來(lái)更大壓力，ADAS系統實(shí)時(shí)接收信號并加以分析作出響應，還需考慮實(shí)現整個(gè)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(shù)具備視頻切割功能，以GMSL四通道解串器MAX9286為例，其可自動(dòng)生成攝像頭同步信號，將多個(gè)傳感器的圖像數據對準到同一像素，實(shí)現關(guān)鍵參數的用戶(hù)編程，集成方案可替代四個(gè)分立式解串器和一個(gè)FPGA，僅需單芯片即可接收并同步來(lái)自4個(gè)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(fēng)險、加快產(chǎn)品上市進(jìn)程。
GMSL四通道解串器MAX9286可以同時(shí)支持四個(gè)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(jìn)行解串與圖像處理，根據客戶(hù)需求進(jìn)行多路圖像信息的拼接還原，并呈現于車(chē)載顯示屏上，節省了中央處理器平臺進(jìn)行圖像處理的延時(shí)。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(shí)現由車(chē)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(mǎn)足汽車(chē)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(wú)需外部擴頻時(shí)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(hù)的系統設計滿(mǎn)足車(chē)規級標準。此外，GMSL解決方案還提供鏈路診斷功能，實(shí)時(shí)對信道的傳輸質(zhì)量以及數據完整性做監測，通過(guò)提高汽車(chē)ADAS數據可靠性從而增強行駛安全性。
數據完整性是ADAS和信息娛樂(lè )系統的三大關(guān)鍵挑戰之一
以創(chuàng )新數據總線(xiàn)連接技術(shù)，塑造互聯(lián)和個(gè)性化汽車(chē)未來(lái)
步入數字經(jīng)濟時(shí)代，數據成為新的生產(chǎn)資料和關(guān)鍵生產(chǎn)要素，高帶寬數據傳輸，正成為下一代整車(chē)電子架構的剛需。事實(shí)上，ADI在高可靠性車(chē)用數據總線(xiàn)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，車(chē)用音頻已經(jīng)從過(guò)去單純的娛樂(lè )系統向信號輸入、觸發(fā)、處理與反饋的方向發(fā)展，并開(kāi)始與汽車(chē)駕駛緊密結合。ADI創(chuàng )新性的A2B音頻總線(xiàn)技術(shù)把原來(lái)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(xiàn)重量減少75%，從而提高燃油效率。除了讓布線(xiàn)更簡(jiǎn)單外，A2B還有更多的創(chuàng )新應用，比如更適應高級音頻算法，可憑借DSP算法確保車(chē)內不同位置的音區獨立性，以及實(shí)現回聲消除、配合麥克風(fēng)和功放進(jìn)行ANC主動(dòng)降噪等功能。
A2B技術(shù)提供低延遲語(yǔ)音和音頻連接
汽車(chē)也正快速成為使用以太網(wǎng)設備的主要應用之一，在汽車(chē)中廣泛部署以太網(wǎng)是整車(chē)電子電氣架構向以區域為導向過(guò)渡的關(guān)鍵之一，能大幅節省電纜成本，顯著(zhù)減少ECU數量，并且支持通過(guò)無(wú)線(xiàn)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(wǎng)到邊緣總線(xiàn)，為許多車(chē)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(gè)車(chē)輛的復雜網(wǎng)絡(luò )。
如今，汽車(chē)工業(yè)最大的變革正在同時(shí)發(fā)生，其一是電動(dòng)化，其二便是智能化和網(wǎng)聯(lián)化。作為世界領(lǐng)先的汽車(chē)半導體解決方案提供商，ADI一直與優(yōu)秀的汽車(chē)OEM、一級供應商和生態(tài)系統合作伙伴密切合作，擴充核心技術(shù)并在系統和平臺的維度強化完整方案提供優(yōu)勢。以GMSL SerDes技術(shù)為代表的ADI系列汽車(chē)連接解決方案，將幫助應對汽車(chē)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(chē)制造商帶來(lái)巨大價(jià)值，共同塑造互聯(lián)和個(gè)性化汽車(chē)的未來(lái)。
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