在汽车行业,先进的驾驶辅助系统(ADAS)、互联车载信息娱乐系统(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,使车辆更加安全,并改善驾驶体验。然而,他们也创造了新的需求,增加了复杂性,使产品开发更加昂贵和耗时。
汽车制造商面临着包括最新功能的压力,同时控制成本,最大限度地降低功耗,并确保电子系统在车辆寿命期间可靠、安全。满足这些期望需要新的车内连接方法,特别是将传感器和显示器连接到相关电子控制单元(ECU)的物理层接口。
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。
更多摄像头、更多显示器、更多数据
研究公司科纳仕公司估计,2021年,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,路上行驶的所有汽车中有一半将启用ADAS。
图1:配有ADAS或ADS的车辆配备了各种各样的摄像头和传感器,以实现360度视野,这为车内连接提出了新的要求。(来源:MIPI联盟)
先进的ADAS平台可以使用多达12个或更多的摄像头,以及雷达、激光雷达和超声波传感器,以实现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。许多车辆也有内部摄像头来监控驾驶员的警觉性。自动驾驶汽车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。
新的电子功能也需要更多、更大和更高分辨率的显示器。带有电子仪表组的数字驾驶舱、平视显示器和使用车外摄像头的虚拟镜子已经很普遍。中央仪表盘、乘客侧和后座显示器正在不断改进,以利用不断增长的基于云的娱乐、导航和本地信息来源。
研究公司IHS Markit预测,到2026年,34.1%的新乘用车将配备数字仪表组,41%的中央仪表盘显示屏将达到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3840×2160像素,并且还在增加。
技术进步增加了要求
这些组件的激增引发了网络性能、复杂性和安全性方面的问题。
将更多的部件连接到处理器——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线路连接到相关的ECU,增加了线束的重量和制造成本。与此同时,图像捕捉和显示的分辨率和帧速率不断提高,要求原始设备制造商在不增加布线的情况下,在每条链路上提供更多带宽。
随着安全关键用例的增长,汽车接口需要功能安全特性来满足行业要求,例如符合ISO26262标准,以实现汽车安全完整性等级(ASIL)B到d。在车辆的整个生命周期中,车载传感器和ECU之间的连接需要在任何情况下都受到保护,以防止错误或缺失的数据导致驾驶员或车辆出错。从ECU到显示器的链接也是如此,这些应用包括倒车和停车辅助摄像头的视频输入。
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。它可以消除昂贵、耗时的专有解决方案集成和测试,这可能会延迟新功能的引入。基于标准接口的互操作性也允许更多的新玩家进入市场,让原始设备制造商有更多的供应商可供选择。
MIPI联盟提供了这样一种方法MIPI汽车SerDes解决方案(MASS),一个具有内置功能安全(以及正在开发中的安全性)的可靠、高性能链接的端到端框架。MASS允许原始设备制造商通过第一个标准化的非对称长距离SerDes物理层接口A-PHY在全车范围内实施通用汽车接口协议,从而降低了复杂性。
作为群众框架的基础,阿-PHY提供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。它的最大下行链路数据速率已经从A-PHY1.0版的16Gbps增加到今年早些时候推出的A-PHY1.1版的32Gbps,路线图是64Gbps及更高。在1.1版中,最大上行数据速率也增加了一倍,从100Mbps增加到200Mbps。10的超低分组错误率-19和高抗噪性提供了贯穿车辆寿命的可靠通信。
像A-PHY这样的标准化接口,最远可达15米,可以简化集成,降低各种架构的网络成本和复杂性。它允许边缘组件和车辆中任何位置的ECU之间的链接,消除了短程接口(如MIPIC-PHY或MIPID-PHY)和专有远程接口之间的“桥接”处理器的需要。A-PHY还允许制造商通过一根电缆将多个设备菊花链连接到一个ECU。
PHY1.1版具有更大的灵活性
A-PHY通过适配层支持多种现有接口协议,并且可以在多种拓扑和配置中实现。PHY1.1版增加了这种灵活性,以支持更多类型的实现。
图2:由于支持星形四芯(STQ)电缆,A-PHY1.1版增加了A-PHY的灵活性。有了三种新的配置选项,原始设备制造商有更多的方法来满足连接要求。(来源MIPI联盟)
在A-PHYv1.1中增加了对星形四芯(STQ)电缆的支持,这是一种具有两个差分对的屏蔽电缆,允许三种新的配置:
双下行链路配置使用STQ电缆上的两对导线来创建32Gbps的下行链路速度。
非对称选项具有16Gbps下行链路和4Gbps反向下行链路,支持双向高速数据传输,因此一根电缆可以服务于多对设备,如共处一地的摄像机和显示器。
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。
A-PHY1.1版还允许制造商通过使PAM4编码(支持低带宽、低于1GHz的操作)可用于低速齿轮,在现有平台上使用传统电缆或在新平台上使用低成本电缆类型迁移到A-PHY。
A-PHY有几个内置的功能安全特性,包括循环冗余校验(CRC),检测数据包丢失的8位消息计数器和检测通信丢失的超时监视器。此外,其独特的重新传输方案(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错误。MASS框架还在协议栈的上层中包括用于功能安全的附加特征。
MIPIA-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,使制造商能够拥抱这些可能性,同时满足未来互联、自主、共享和电动汽车模型的新要求。
