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该总线技术在全球部署了超过5亿个节点,为汽车智能化趋势下的数据飙升
(2024年7月13日更新)

汽车工业快速发展的主要驱动力正从过去专注于动力系统,逐渐扩展到不断改进的智能需求。智能驾驶舱和高级辅助驾驶系统(ADAS)作为消费者能感受到的直观体验,各大品牌汽车公司也在积极展示肌肉的道路上疯狂内卷——比如推出配置33 分辨率高达9英寸K的 LED 超大连屏部署中控和副驾双15.7英寸3K OLED双联屏和后排顶部的大尺寸吸顶屏,6个800万像素摄像头,5个200万像素摄像头,1毫米波雷达 超声波雷达12个 1.激光雷达等感知部件……

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汽车从简单的交通到移动旅游空间的概念趋势,汽车功能越来越复杂,数据传输和实时处理的指数增长,提出高带宽、低延迟和高可靠性的新要求,已成为汽车制造商面临的最大挑战之一。亚德诺(ADI)公司的GMSL(千兆多媒体串行链路)在近20年的进化过程中,以更快的聚合数据,保持用于安全应用的数据的完整性,支持系统在车辆的多个屏幕上显示不同的内容,逐渐脱颖而出,成功部署全球车辆超过5亿辆GMSL通讯节点,帮助汽车实现更舒适、更智能的驾驶体验和更安全的自动驾驶目标。

汽车智能网络风起,GMSL铺设数据传输的高速公路

先进的辅助驾驶系统、高清视频娱乐、多传感器集成、车身智能控制等变得越来越复杂,并逐渐成为智能汽车的标准配置。这些配置模块之间的控制信息和音频和视频数据吞吐量从数百个不等 Mbps,多达几十Gpbs,在传统汽车中是不可想象的量级。因此,实现高速、高可靠、低延迟的数据传输系统变得前所未有。

与并行总线相比,SerDes(Serializer/Deserializer,串行器/解串器)是目前主流的多路重用、点对点串行通信技术。信号线之间没有干扰,同时也没有要求。只有提高频率,才能进行更高的数据流传输,有效满足车载高带宽数据的实时传输需求。据研究机构Kingpin Market Research预2026年全球车载预测SerDes市场规模将从2020年开始 2021-2026年,1.94亿美元增至3.49亿美元 复合年增长率为10.3%。

ADI GMSL技术作为SerDes串行器与解串器芯片的互操作性允许链路两侧使用不同的接口,广泛应用于车内UHD高速传输视频、音频、控制信息、组合传感器等数据。GMSL长达15通信媒体支持m同轴电缆或10m-15m屏蔽双绞线电缆具有相当大的配置灵活性和成本优势,满足汽车行业最严格的电磁兼容性要求。

GMSL串行/解串数据传输架构示例图

随着汽车总线技术的不断发展,ADI GMSL SerDes产品也在迭代升级-2004年问世MAX9247/9248是GMSL第一代产品, 1Gbps最大可传输300万像素(1080p/30fps)视频流数据;2017年GMSL 第二代产品的出现整合了复杂的诊断功能,并将带宽提升到6Gbps,800万像素可以轻松传输(4)K/30fps)视频流数据;现在GMSL第三代和第四代产品的传输速率可达12Gbps,与行业其他解决方案相比,在未来汽车信息娱乐和高级驾驶辅助系统所需的高带宽、复杂模块连接和数据完整性保证方面,竞争优势进一步突出。

ADI 在GMSL差分信号传输产品的研发历史

l 智能驾驶舱多屏演进 不止于大

梅赛德斯-奔驰母公司戴姆勒首席设计师戈登·瓦格纳曾指出,屏幕是通往数字世界的窗口,屏幕是新的马力。目前,除中央控制台外,驾驶控制装置的仪表板和后座娱乐显示屏的尺寸正在增加,分辨率也在逐渐增加。不仅如此,汽车制造商还积极尝试添加后视镜显示屏来投射后置摄像头的图像。未来的高清多屏幕互联不仅是更大的尺寸和更清晰的图像质量,而且更灵活地与智能汽车系统有效地连接,这将大大提高用户的驾驶体验,开辟一个完美的第三生活空间。

中央控制显示屏越来越高清,对视频数据信息传输的带宽需求也越来越高

从实现架构的角度来看,车内显示屏数量和分辨率的提高,以及车载SoC随着系统互联的日益复杂,一芯多屏架构有望取代传统的单芯单屏方案,利用硬件虚拟化技术在同一硬件平台上控制多屏显示和交互。基于GMSL SerDes该技术可以实现视频源数据从处理器单元到每个车载显示屏的回传,并在多个屏幕上显示不同的内容。作为双向传输连接,GMSL还可以进行控制信号传输和多路集成,如显示屏触摸检测和信息处理。由于一个GMSL串行器最多可以驱动四个解串器,理论上可以同时传输四个屏幕的数据信息。

目前主流支持车内显示屏像素的改进GMSL第三代产品8000 万像素4K由于视频数据传输的分辨率,GMSL支持VESA和MIPI显示串流压缩技术(DSC),根据高端电子设备的高质量音视频传输要求,该技术可实现3:1无损压缩视频信号传输。 此外,与不同类型车载屏幕兼容的数字接口是高速通信链路设计的另一个挑战,GMSL不仅支持主流显示屏,DP/eDP、DSI等接口还可以支持大多数高清摄像头视频数据的传输和应用MIPI CSI-2接口。值得一提的是,GMSL各代产品与芯片管脚兼容PCB新一代的设计SerDes芯片可以向前兼容匹配,帮助客户无缝SerDes简化驾驶舱系统的数据传输链路布局设计,同时降低整体成本。

l ADAS图像高速传输与数据安全并重

智能网络汽车技术进入着陆的关键时期,反映出越来越多的新车通过高分辨率摄像头满足智能驾驶时代环境感知的高标准。伴随ADAS预计到2025年,自行车高清摄像头平均装载量将接近10个,逐步升级加速渗透,叠加各车企硬件冗余性高。与此同时,800万像素摄像头的渗透率逐渐上升,使汽车能够看到更清晰、更广泛,以满足更多应用场景的需求。

除了更高像素的眼睛,因为摄像头通常只负责收集和输出原始视频信号,Toshiba代理视觉神经和高计算能力的中央处理器大脑也需要无损、无延迟地传输。更高帧率和分辨率的视频信号传输给总线带宽带来更大压力,ADAS还需要考虑实现整个系统的成本和功耗,

GMSL 全面支持ADAS系统要求的高速数据传输和信号完整性保证,包括摄像头超低功耗运行、传感器数据快速收集等。由于GMSL该技术具有视频切割功能GMSL四通道解串器MAX以9286为例,它可以自动生成摄像头同步信号,将多个传感器的图像数据对准到同一像素,实现用户编程的关键参数,集成方案可以取代四个分立解串器和一个FPGA,来自四个摄像头的视频信号只需单芯片即可接收和同步,大大降低了电路板面积和元件数量,有效降低设计风险,加快产品上市进程。

GMSL四通道解串器MAX9286可同时支持四个摄像头的信号传输

不仅如此,GMSL图像处理功能集成在解串器内,接收到GMSL串行数据可以直接解开串和图像处理,根据客户需求拼接还原多个图像信息,并呈现在车载显示屏上,节省了中央处理器平台图像处理的延迟。GMSL还支持同轴电缆的电力传输(POC),因此,串行器芯片可以集成到摄像头中,直接由车辆系统供电。

值得一提的是,一切GMSL解决方案均符合汽车功能安全标准ASIL B规范要求。由于GMSL串行器和解串器都具有内置的扩频功能,有效提高了链路的电磁兼容性,不需要外部扩频时钟,这也是GMSL产品解决方案的最大优点是系统设计能够有效地帮助客户满足汽车标准。此外,GMSL通过提高汽车,解决方案还提供链路诊断功能,实时监控信道的传输质量和数据完整性ADAS数据可靠性提高了驾驶安全性。

数据完整性是ADAS信息娱乐系统的三大关键挑战之一

创新数据总线连接技术,塑造互联网和个性化汽车的未来

进入数字经济时代,数据已成为新的生产数据和关键生产要素,高带宽数据传输正成为下一代汽车电子架构的刚性需求。事实上,ADI对高可靠性汽车数据总线传输进行了大量探索和有效的工业技术输出。

同样,在智能驾驶舱车音频已经从过去简单的娱乐系统发展到信号输入、触发、处理和反馈,并开始与汽车驾驶紧密结合。ADI创新性的A2B音频总线技术将传统的模拟音频传输转化为数字音频传输方案,可提供高保真音频,减轻音频布线重量75%,提高燃油效率。除了让布线更简单,A2B还有更多的创新应用,比如更适合高级音频算法,可以依靠DSP算法保证了车内不同位置音区的独立性,实现了回声消除,并配合麦克风和功率放大器ANC主动降噪等功能。

A2B技术提供低延迟语音和音频连接

汽车也迅速成为使用以太网设备的主要应用之一。广泛部署以太网是汽车电子电气架构向面积过渡的关键之一,可以大大节省电缆成本,显著降低ECU通过无线更新支持新功能的部署和增强。ADI基于新的IEEE 10base T1S标准的E2B从以太网到边缘总线,为许多车载传感器和执行器提供高效、确定的最后一公里连接,更容易管理整个车辆的复杂网络。

如今,汽车工业最大的变化同时发生,一是电气化,二是智能化和网络化。作为世界领先的汽车半导体解决方案提供商,ADI一直和优秀的汽车在一起OEM、一级供应商与生态系统合作伙伴密切合作,扩大核心技术,加强系统和平台维度的完整方案。以GMSL SerDes以技术为代表ADI一系列汽车连接解决方案将有助于应对汽车数据传输链路设计的复杂性、重量和成本,为汽车制造商带来巨大价值,共同塑造互联网和个性化汽车的未来。


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