智能座舱架构与芯片-硬件篇
发表时间：2025-03-26 04:27:29 来源：行业新闻
为了解决未来汽车系统所面临的问题，美信(Maxim)推出了全新下一代GMSL技术，即吉比特多媒体串行链路(GMSL)串行器和解串器，用来支持未来ADAS和信息娱乐系统要求的宽带、互联复杂度和数据完整性的要求。
GMSL技术能支持4K的数据传输流，采用同轴电缆或双绞线米的传输距离，该产品满足业界最为严苛的EMC。支持视频的汇聚与分割，同时还集成了诊断功能，可以实时监测链路传输性能。
通过GMSL技术，可以整合高清视频和高速以太网数据传输，简化了车内的布局布线，使系统设计更为简单。
针对多传感器融合，由于具备视频切割功能，所以可以使用一个串行器整合多路视频数据，然后分别送入不同的显示器。
在环视系统中，由于具有视频汇聚功能，通过GMSL四通道解串器，可以同时支持四个摄像头的传输，大大节约系统布线的困扰以及FPGA的设计成本。
串行器和解串器IC均内置扩频功能，以改善链路的电磁兼容(EMI)性，无需外部扩频时钟。串行器和解串器系列产品的互操作性允许链路两侧使用不同接口。除驱动高分辨率中央/后排显示屏和仪表盘外，GMSL SerDes也能胜任百万像素级摄像系统设计。
与FPD-Link类似，GMSL同样支持前向高速数据传输，反向低速控制信号传输等功能。因此在车载高速音视频传输接口中，通常都会选择FPD-Link或者GMSL互为供应链备份。
MIPI A-phy是MIPI联盟制定的，用于汽车行业的串行解串器规范。2015年中期，MIPI联盟确定了对统一的车载连接规范的需求，该规范可以满足汽车行业对高带宽，低时延，重量轻，功耗低的需求。到2020年6月，MIPI联盟宣布已经完成MIPI A-Phy V1.0的开发，这是一个用于汽车应用的长距离SerDes物理层接口。
MIPI联盟制定的其他规范，例如C-Phy，D-Phy，M-Phy，已经在消费电子类领域广泛应用；但这几个规范都只能在短距离应用，最多传输15cm。而A-Phy的设计则是为了满足跨越整个车辆距离的高速数据传输。它最大传输距离能达到15米；通过使用STP线缆，增加传输通道，A-Phy的传输速率可以超过16Gbps，甚至达到48Gbps；
1.采用A-Phy技术设计桥接芯片，类似于FPD-Link或者GMSL，可以为客户提供额外的其他选择。
2.直接在Camera，Display显示屏，以及SOC主芯片内部集成A-Phy，消除桥接芯片。
上图说明了配备A-phy的Camera和配备A-phy的ECU或汽车芯片之间最简单的直接连接。消除每个端点的桥接芯片将降低成本，电缆重量，功耗和等待时间，并提高可靠性。
可以看到，A-phy不是直接跨越式的替换现有的方案，而是通过兼容性的替代现有的SerDes桥接芯片，最后实现完全不用桥接芯片的最终方案。这样的好处是平稳过渡，有利于A-phy的接受和推广。
非对称优化架构。A-PHY从头开始设计，用于从摄像机/传感器到ECU以及ECU到显示器的高速非对称传输，同时为命令和控制提供并发的低速双向通信。与其他/对称架构相比，优化的非对称架构可简化设计并降低成本。
简化系统集成并降低成本：对使用MIPI CSI-2和DSI-2的设备的原生支持，最终消除了对桥接IC的需求
高可靠性：超低的误码率PER,10^-19，可在车辆使用寿命内提供空前的性能
移动协议重用。在数十亿智能手机和物联网设备中成功部署后，MIPI协议已被充分证明可直接用于汽车。
纯硬件协议层。就像在使用D-PHY / C-PHY分层的移动应用程序中一样，A-PHY与CSI-2 / DSI-2协议层紧密耦合，因此基本上在仅具有硬件的协议层下运行，而无需软件干预。该体系结构与其他接口相比，后者具有更高的灵活性，并利用软件层来实现这种灵活性。
针对布线，成本和重量的优化架构。由于A-PHY的优化的非对称架构和硬件协议分层，A-PHY的实现可以满足优化的布线，成本和重量要求。随着电子组件及其接口电缆的数量在实现自主的道路上增加，这一点变得越来越重要。
其他协议的灵活链路层支持。MIPI Alliance希望与其他将其本机协议应用于汽车的组织合作。这包括VESA，它正在调整其DisplayPort协议规范以供汽车使用。为了适应这些不断发展的规范，A-PHY包括一个通用数据链路层，该层可容纳不同的协议适应层，并计划支持VESA的车载DisplayPort协议。
高EMC抗扰性。MIPI已投入大量资金来分析和测量恶劣的汽车通道，并得出结论，基于窄带干扰消除器（NBIC）和重传方案（RTS）的体系结构可提供最强大的性能，特别是对于需要更长数据速率的应用距离。
USB是汽车座舱内部通用的数据连接通道。在座舱内方便的地方设置USB 接口，可以方便驾驶员，车内乘客进行充电，连接手机，U盘，卡拉OK等应用。
使用USB插口，首先要考虑数据带宽，其次要考虑插口类型，最后要考虑是否符合车规标准要求。
USB-IF组织发布了全新的USB4 v2.0规范，带来了新一代的USB 80Gbps接口，还有全新的命名体系。
首先说回到UBS4 2.0或者说USB 80Gbps，其最主要的变化在于带宽再次翻番来到了80Gbps，这得益于新的基于PAM3信号编码机制的物理层架构，同时还有新定义的80Gbps有源数据线。在特定应用场景中，比如8K超高清显示，USB 80Gbps还可以配置为非对称编码异步传输模式，一个方向可以高达120Gbps，从而足够承载DP 2.0/2.1 UHBR20信号，另一个方向则是40Gbps。
同时USB 80Gbps升级了数据和显示协议，可以更好地利用带宽，其中数据传输支持20Gbps的高带宽，显示传输则和DP 2.0、PCIe 4.0相互打通，共享PHY物理层，从而一个接口搞定高速数据、显示。当然了，USB 80Gbps依然保持向下兼容，而且只有USB Type-C一种接口形式。
USB Type-C是一种USB接口外形标准，拥有比Type-A及Type-B均小的体积，既可以应用于PC（主设备）又可以应用于外部设备（从设备，如手机）的接口类型 。USB Type-C有4对TX/RX分线对USBD+/D-，一对SBU，2个CC，另外还有4个VBUS和4个地线* Tx/Rx ：一共4对高速信号差分线-lane DP信号，或者4-lane的USB 10Gbps信号；USB10Gbps信号只需要2对差分信号线(Tx+/Tx- and Rx+/Rx-) 即可传输；其他2对差分信号线是为了支持正反插而设计的。
2*D+/D-：2对USB D+/D-信号线，支持正反插。当选择使用DP+USB2.0模式时，能支持ARVR；
2*SBU：其他辅助用途。例如，在用于DP模式时，SBU作为DP协议中的AUX_P/AUX_N差分线，负责传输设备的DPCD，EDID等信息。
4*VBus and4*GND：用于供电。VBus提供默认的供电能力。但是若需要进行快充，则额外的USB电力传输需要使用特殊的供电模块。
在USB-IF组织发布的USB/DP ALT mode V1.0规范中，采用同一个Type-C接口，可以承载如下的信号组合：
DP 2Lane+USB3 2Lane+USB2.0+VBus：这时，2对高速差分线Gbps使用，同时还支持USB2.0和VBus供电。
Virtual Link(非标准模式)：这种模式非USB-IF组织定义的DP ALT mode 范畴，是部分公司定义的私有协议，可用于VR应用。在这种模式下，4对高速差分线对 USB D+/D-将被用于USB 10Gbps，当作Tx+/Tx- 和 Rx+/Rx-来使用。
VBUS 所需的额外USB电力传输能够直接进行协商，Battery Charge 1.2（BC 1.2）或USB PD 都可以选择；
使用 结构化 供应商定义报文（VDM） 需要USB PD 来发送来协商 Alt Mode 握手；
环境下，USB Type-C接口和线缆还需要满足车规的标准。这里车规的含义，包括环境和温度和接插件的稳固程度。除了暴露给用户可见的Type-C接口与消费类电子相似之外，其他与车内零部件连接的接插件和线缆都要满足车规的标准，以应对恶劣的车内环境，以及更长的使用周期限制。
传输距离：通常来说，USB 10Gbps信号线米，一般都要在Sink端增加Redriver芯片，否则信号眼图将会闭合，无法传输；
电磁屏蔽：由于车内电磁屏蔽的要求，线缆需要带屏蔽层才可能正真的保证较好的EMC电磁兼容性；
稳固程度：由于汽车运行环境存在颠簸，所以一般消费级的连接器无法应用在车内，需要仔细考虑专用的接插器件，保证连接的稳固；
中继器，有一个接收器和一个发射器，在接收器端，它通过它的均衡器（EQ）扮演着一个信号调节的角色。本质上讲，接收器为输入频道损耗提供补偿，如果不这么做，会导致额外的时钟抖动。经过均衡后的信号便会被发射器中继。发射器一样能选择去加重（DE）或者预加重（PE），DE 是信号低频分量的衰减，而PE 则是高频分量的增强。这两个技术都可以预补偿中继器发射端的输出信号损耗。
当信号经过被动式的媒介比如PCB走线时，它会线性衰减。无论线路输入端信号幅度如何，PCB线路都会使它衰减一定比率。一个完善的中继器应当恰恰相反，无论其输入端的幅值如何，将信号放大一定比率。这样的中继器便是线性中继器，他的作用就是移除PCB走线的影响。
