标准化是下一代车载传感器和显示器连接的关键

　　图像传感器和显示器处于汽车开发的前沿，在安全、自动化和用户体验方面实现了突破。为了充分发挥这些技术的潜力，制造商需要标准化的传感器和显示接口，以简化集成并满足未来应用的功能和性能需求。

　　高级驾驶辅助系统（ADAS）、数字驾驶舱、车载信息娱乐服务和自动驾驶系统（ADS）正在创造对更多摄像头、传感器和显示器的需求。后备摄像头、车道保持和标志检测传感器以及 360 度摄像头、激光雷达和雷达系统等新兴功能正在增加对高带宽、低延迟、非对称网络连接的需求。功能安全性、安全性和可靠性对于这些链接至关重要。

　　车辆周围新型图像传感器的激增和车载显示器数量的增加推动了对满足功能安全和安保要求的高性能数据链路的需求。

　　汽车制造商需要在日益严格的空间、重量、成本和能耗限制下集成这些组件和接口。分散的技术对这项任务构成了重大挑战。迄今为止，汽车行业不得不依赖专有的物理层接口，这使得集成和遵守质量和监管标准变得更加昂贵、复杂和耗时，从而限制了汽车制造商对技术和供应商的选择。

　　基于标准的摄像头、传感器和显示器连接方法对于未来的汽车架构至关重要。在本部分中，我们将探讨标准化如何为汽车行业提供与许多其他技术领域相同的好处：互操作性、简化的集成、更快的上市时间、更低的成本、更大的供应商生态系统和加速创新。

　　物理层基础

　　MIPI联盟开发了MIPI A-PHY，这是第一个行业标准的非对称长距离串行器/解串器（SerDes）物理层接口，作为标准化图像传感器和显示器连接的第一步。A-PHY 是 MIPI 汽车 SerDes 解决方案 （MASS） 的基础，MIPI 汽车 SerDes 解决方案 （MASS） 是一个端到端框架，用于通过 MIPI 摄像头串行接口 （MIPI CSI-2）、MIPI 显示串行接口 （MIPI DSI-2） 和其他协议连接车内的摄像头、传感器和显示器。A-PHY 和 MASS 共同提供了一个框架，该框架还构建了功能安全、安保和数据保护。

　　A-PHY 旨在为车辆中任何地方的汽车图像传感器和显示器及其相关电子控制单元 （ECU） 提供高性能链接。它在点对点或菊花链拓扑中提供非对称数据链路，具有高速单向数据、嵌入式双向控制数据以及通过单根同轴电缆或屏蔽差分对 （SDP） 电缆提供的可选功率。由于 A-PHY 专为高速非对称数据传输而构建，因此它补充了汽车以太网等对称骨干技术。A-PHY 针对将资源受限的边缘组件连接到计算节点进行了优化，在一个方向上提供高带宽，同时允许边缘组件更小、更简单。

　　MIPI A-PHY v1.0 支持高达 16 千兆位/秒 （Gbps） 的下行链路数据速率和 100 兆位/秒 （Mbps） 的上行链路。

　　去年推出的 A-PHY v1.0 包括以下功能：

　　高可靠性—10-19 的超低数据包错误率，或车辆生命周期内小于 1 个错误

　　高弹性—在具有挑战性的汽车条件下对电磁兼容性 （EMC） 影响具有超高抗扰度

　　伸展距离 — 长达 15 米

　　高性能 — 下行链路数据速率高达 16 千兆位/秒 （Gbps），上行链路 100 兆位/秒 （Mbps）

　　低延迟 — 固定延迟低至 ~6μs，具体取决于速度档位

　　A-PHY v1.1计划于今年晚些时候由MIPI联盟发布，通过支持星形四联线（STQ）电缆上的双下行链路，将最大下行链路数据速率从16 Gbps提高到32 Gbps。它还将使上行链路速度从100 Mbps提高到200 Mbps。此外，A-PHY v1.1 将 PAM4 编码扩展到低档（G1 和 G2），从而降低这些齿轮的工作带宽，并允许 OEM、一级供应商和供应商使用成本较低的传统电缆和连接器实施 A-PHY。

　　利用现有界面简化开发

　　使用A-PHY，制造商可以使用图像传感器和显示协议（例如MIPI CSI-2和DSI-2以及VESA Embedded DisplayPort/DisplayPort）（VESA eDP / DP））在整个车辆中构建端到端链路，这些协议已经广泛用于当今的汽车应用。

　　MIPI A-PHY 可以直接嵌入到车辆图像传感器、显示器和 ECU 中，允许直接的端到端数据链路，并在每个点实施功能安全、安保和 HDCP 服务。

　　A-PHY 可以分阶段实施。初始实施可能会在短距离 C-PHY 或 D-PHY 接口上使用 CSI-2 和 DSI-2，并与长距离 A-PHY 建立“桥接”。这些初始实施消除了对专有桥接的需求，减少了供应商锁定并提高了规模经济。通过将 A-PHY 直接集成到传感器和显示器中，A-PHY 实现将变得更加简化，允许与 ECU 进行端到端 A-PHY 链接，如上图所示。没有桥接器，制造商可以进一步降低成本、复杂性、功耗和重量。在某些情况下，集成可能首先发生在 A-PHY 链路的一端或另一端，例如先集成到图形处理器中，然后再集成到显示模块中。

　　全栈实施

　　如前所述，基于A-PHY构建的MIPI汽车SerDes解决方案（MASS）创建了一个完整的汽车连接堆栈，包括更高层的应用协议，A-PHY适配层，标准化的MIPI相机命令集（MIPI CCS）和显示命令集（MIPI DCS）以及功能安全和安保使能器。

　　MASS 协议栈从应用程序扩展到物理层。

　　如图所示，位于 A-PHY 上方的是协议适配层 （PAL），它们将更高层的协议（包括 MIPI CSI-2、MIPI DSI-2 和 VESA eDP/DP）映射到 A-PHY 的 A-Packet 格式。此外，还支持用于命令和控制的接口的 PAL。

　　在下一层，MIPI摄像头服务扩展（CSE）和显示服务扩展（DSE）规范定义了在协议级别应用的功能安全和安保服务，以保护汽车数据流。除了 A-PHY 的功能外，这些服务还提供 ISO 26262 汽车安全标准中定义的功能，为工程师提供构建满足从 ASIL B 到 ASIL D 的任何级别 ASIL（汽车安全完整性等级）要求的系统所需的工具。

　　MASS中提供的关键功能安全推动因素包括：

　　帧计数器 - 检测显示器上的冻结帧，以防止出现来自安全关键型摄像机的视频流冻结等情况

　　链路检测故障 — 检测中断数据流的总线故障

　　超时监视器 - 检测摄像机或显示器与 ECU 之间的任何临时数据丢失

　　循环冗余校验 — 检测数据的意外更改，以便针对损坏采取纠正措施

　　消息计数器 - 通过为每个数据包分配一个编号来提供重放保护，该编号可用于检测攻击者重播同一邮件的尝试

　　此外，DSE 还支持可选的高带宽数字内容保护 （HDCP） 服务，该服务可通过 DSI-2 和 VESA eDP/DP 显示链路实现。HDCP 可防止未经授权复制显示内容，尤其是车载娱乐内容。

　　机密性、完整性和身份验证的安全推动因素将通过未来的 MIPI 安全规范以及对 CSE 和 DSE 的更新添加到 MASS，预计将于 2022 年上半年发布。

　　用例示例

　　A-PHY和MASS将简化图像传感器和显示器的集成，并提供一种标准化的方法，将可靠性，安全性和安全性纳入关键车辆系统。两个示例用例说明了它们如何使这成为可能。

　　后置倒车摄像头

　　在本例中，瞄准车辆后方的后置摄像头将实时视频传送到高清显示器，提醒驾驶员注意汽车路径中的物体。相机使用 CSI-2 通过 A-PHY 将图像数据直接流式传输到 ECU。ECU 处理数据后，直接通过 A-PHY 使用 DSI-2 或 VESA eDP/DP 将实时视频流传输到仪表板显示器。

　　A-PHY 和 MASS 允许将实时图像数据从后备摄像头传输到 ECU，在那里将其转换为视频流到仪表板显示器。功能安全、安保和内容保护可以在每个阶段实施。

　　车道保持摄像头

　　在本例中，前置高分辨率 CSI-2 摄像头可捕获道路标记的实时图像。在某些情况下，摄像头模块可能会做一些预处理来确定汽车在车道上的位置。它还使用 CSI-2 直接通过 A-PHY 将图像数据传输到 ECU。ECU可以从多个传感器获取数据，并为ADAS或自动决策执行传感器融合。

　　A-PHY 和 MASS 允许 ECU 从多个传感器获取数据，并为 ADAS 或自动决策执行传感器融合。可以在每个阶段实施功能安全、安保和内容保护。

　　在这两个示例中，在链中的每个点都实现了功能安全和安保功能，以确保超低错误率和端到端保护，防止有意或无意的篡改。这些闭环 MASS 实现可确保图像传感器和显示器可靠工作，而 A-PHY 的低延迟和高数据速率可在严格的时序要求下实现高质量的图像传输。

　　广泛的好处

　　A-PHY和MASS的引入为高速、非对称、车载数据链路的标准化提供了机会，可以使汽车开发中的所有合作伙伴受益。

　　车辆设计人员将能够利用完整的框架实现具有可靠性、弹性、功能安全性和安全性的端到端连接，从而显著简化集成过程，并使原始设备制造商和一级供应商能够将工程成本摊销到大量组件上。互操作性将扩大供应商、系统集成商和测试等服务提供商的生态系统，这将改善规模经济并降低物料清单成本。简化的集成将帮助汽车制造商更快地将新平台和功能推向市场，以满足不断变化的消费者需求。最重要的是，标准的使用将使制造商能够更多地关注创新的新功能，而不是开发不提供市场差异化的低层连接解决方案。

　　与计算和移动设备行业一样，汽车行业可以使用这些行业标准作为平台，在其开发的产品中提供持续的性能改进。

　　审核编辑：郭婷