汽车 SerDes 标准将如何帮助创新

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。让我解释一下汽车 SerDes 接口的用途以及它们为何重要。

新的变革性汽车趋势正在加速汽车电子的发展。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) 正在增加对更复杂的摄像头、传感器、显示器和车载处理能力的需求。

好处是显而易见的：更先进的传感器和电子设备改进了 ADAS，更高分辨率和更大的车载显示器提高了驾驶员的意识，而 ADS 有助于消除人为错误。然而，这些趋势需要在安全和驾驶员应用方面进行新的创新，从而使车辆在技术上更加复杂。汽车 OEM 和供应商可以利用现有技术支持这些进步，同时通过标准化简化开发。

示例用例：更好的备用摄像头

摄像头、传感器、显示器和其他组件的接口在新的汽车功能中发挥着重要作用。以备用摄像头为例：后置摄像头的视频必须实时到达仪表板上的显示器，任何中断、延迟或故障都可能是生死攸关的问题。

如今，跨车辆链接这些组件的物理层接口尚未标准化。该关键接口的行业支持技术规范将增加创新、降低成本并提高功能安全性和性能。

标准化接口还将更快地将新技术推向市场，为 OEM 提供更多选择，促进互操作性，并提供增强的支持服务，例如来自不断增长的生态系统的测试和软件资源。

介绍 MIPI A-PHY

MIPI A-PHY v1.0 在点对点或菊花链拓扑中提供非对称数据链路，通过单根电缆提供高速单向数据、嵌入式双向控制数据和可选电力传输。该联盟还推出了MIPI Automotive SerDes Solutions (MASS)，这是一系列基于 A-PHY 的全栈连接解决方案，将为涉及 ADAS、IVI 和 ADS 的应用提供端到端的安全性和功能安全性。

为了支持快速发展的车载电子设备，A-PHY 定义了一个可靠、有弹性、低延迟、高带宽的接口，并为未来的性能提升开辟了道路。主要特点包括：

高可靠性：超低误包率10 -19或在汽车生命周期内小于1个错误

高弹性：对 EMI 影响的超高抗扰度

高性能：数据速率高达 16 Gbps，路线图可达到 48 Gbps 及更高；v1.1 已经在开发中，将提供翻倍的高速数据速率至 32 Gbps，并将上行链路数据速率提高到 200 Mbps

低延迟：固定延迟低至约 6µs，具体取决于速度齿轮

长距离：可达 15 米

支持电缆供电

 

MIPI A-PHY 实施：汽车制造商预计将分两个阶段将 A-PHY 集成到他们的系统中。首先，A-PHY 将在桥接芯片之间提供标准的长距离接口。随着越来越多的组件支持 A-PHY，相机和显示器将能够在 A-PHY（无桥接芯片）上本地使用 CSI-2 和 DSI-2，以降低成本、复杂性、布线、重量和空间使用。（来源：MIPI）

如上图所示，MIPI A-PHY 的主要目的是在相机和显示器及其相关的电子控制单元 (ECU) 之间传输高速数据。它通过允许更高层协议（包括完善的MIPI CSI-2和MIPI DSI-2规范，以及其他经批准的协议，如 VESA 的 DisplayPort 和嵌入式 DisplayPort (DP/eDP)）直接在物理上运行来实现这一点整个车辆的链接。

最终，A-PHY 直接集成到 ECU 将使 OEM 不必支持外部 PHY 桥接 IC。主要优势包括降低成本、电缆和开发时间。

玻璃对玻璃图像传输

在备用摄像头示例中，MASS 提供了一个全栈解决方案，该解决方案使用相同的物理接口和相同的安全功能，创建了从摄像头到显示器的“玻璃到玻璃”解决方案。以下是它的工作原理：

 

（来源：MIPI）

后置摄像头像素流通过 A-PHY 使用 CSI-2 直接传输到 ECU。ECU 通过图形叠加执行图像信号处理，并将视频流发送到一个或多个显示器。在这条腿上，可以使用 MIPI DSI-2 或 VESA DP/eDP over A-PHY 传输数据。

MASS 协议栈包含 CSI-2 和 DSI-2 的端到端功能安全和安全增强功能，以防止故障和恶意或非恶意篡改。此外，可以应用高带宽数字内容保护 (HDCP) 来防止复制。其结果是能够将比高清视频更高分辨率的视频从备用摄像头传输到驾驶员显示屏。

其他 MASS 应用包括车道保持和标志检测传感器；360度摄像头、激光雷达和雷达系统；以及多种高分辨率仪表、控制和娱乐显示器，包括高级平视显示器和侧视镜显示器。

MASS 协议栈

MASS 堆栈包含安全性、可靠性和安全性所需的元素，可以适应 MIPI 和其他批准协议的多种协议。

从物理层开始，A-PHY 包括诸如 PHY 级重传方案等功能，以恢复损坏的数据包并确保稳定的连接。A-PHY 的与协议无关的数据链路层允许在一个 A-PHY 链路上复用多个协议。

MIPI CSI-2 和 DSI-2 等低层协议通过一组安全和安全扩展以及将这些协议映射到 A-PHY 的 A-Packet 格式的协议适配层 (PAL) 与 A-PHY 集成。PAL 正在为 MIPI CSI-2、MIPI DSI-2、VESA 的 DP/eDP、I 2 C、GPIO、I2S 和以太网开发。MIPI I3C 总线接口的 PAL 也即将推出。

使用 MIPI 摄像头服务扩展 (CSE) 和显示服务扩展 (DSE) 在 CSI-2、DSI-2 和其他原生协议之上添加上层功能安全和安全功能。这些扩展以及 MIPI A-PHY 参考一致性测试套件预计将于 2021 年初推出。

总之，这些元素将帮助系统级工程师遵守 ISO 26262 安全标准，并构建满足从 ASIL B 到 ASIL D 任何级别的汽车安全完整性等级 (ASIL) 要求的系统。

虽然新车开发需要数年时间，但车载连接的标准化端到端解决方案可以让 OEM 及其供应商更有信心集成未来技术，以增强安全性和车内体验。

要了解有关 MASS 和其他 MIPI 汽车解决方案的更多信息，请访问：mipi.org。

审核编辑 黄昊宇