自动驾驶系统、混动汽车、电动汽车、激光雷达、高级驾驶辅助系统、互联车载信息娱乐系统,所有这些词汇都预示着汽车领域的一场革命。随着这场革命的来临,揭示了汽车电子接口的一个发展新趋势,就是现有接口能力已严重不足,呼唤更快和更智能的接口标准。

在汽车行业,高级驾驶辅助系统(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,它们使车辆更安全并改善了驾驶体验。然而,它们也在带来新需求,这些需求不仅增加了复杂性,还使产品开发变得成本更高,且周期更长。

汽车制造商面临着压力,不仅要引入最新功能,同时还要控制成本、最大限度地降低功耗、并确保电子系统在车辆寿命周期内安全可靠。满足这些期望需要新的车内连接方案,尤其是连接传感器和显示器与其相关电子控制单元(ECU)之间的物理接口。

更多摄像头、更多显示器、更多数据

研究公司Canalys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。并预测,到2030年道路上的所有汽车中有一半将启用ADAS。

图1:配备ADAS或ADS的车辆装有大量的摄像头和传感器,可实现360度可视性,从而对车内连接提出了新需求。(图片资料来源:MIPI联盟)

高级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。许多车辆还配备内部摄像头来监控驾驶员的机敏度。自动驾驶汽车则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。

新的电子功能还需要更多、尺寸更大和分辨率更高的显示器。如今,带有各类电子仪表、平视显示器和使用车外摄像头的虚拟镜的数字驾驶舱已经很普遍。中央区、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、导航和本地信息资源。

研究公司IHS Markit预测,到2026年,34.1%的新乘用车将配备各类数字仪表,41%的中央区显示器将达到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,并且还在不断增加。

需求技术进步不断增加

这些部件的激增引发了网络性能、复杂性和安全性等方面的诸多问题。

将更多部件连接到处理器(通过的链接可能跨越整个车辆)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专用接线连接到相关的ECU,从而增加了线束的重量和制造成本。同时,图像捕获和显示器的分辨率和帧速率的提高也对OEM提出了挑战,这也意味着在不增加布线的情况下,要在每条链路上提供更高的带宽。

随着安全关键用例的增长,汽车接口需要满足行业要求的功能安全特性(例如符合ISO 26262标准),以达到汽车安全完整性等级(ASIL)中的B~D级。车载传感器和ECU之间的连接,需要在车辆的整个生命周期内的所有条件下都受到保护,以防止错误或丢失的数据导致驾驶员或车辆出错。从ECU到应用程序中使用的显示器的链接也是如此,例如来自备用和停车辅助摄像头的视频馈送。

标准化

传感器和显示器连接的标准化解决方案,可以帮助制造商满足这些要求。它可以免除昂贵、耗时的、并可能导致新功能引入延迟的专有解决方案的集成和测试。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OEM厂商有更多选择。

MIPI联盟通过MIPI汽车SerDes解决方案(MASS)提供了这类方法,这是一个端到端框架,用于具有内置功能安全性(以及正在开发的安全性)的可靠、高性能链接。MASS通过允许OEM利用A-PHY(首个标准化的非对称长距离SerDes物理层接口)在车辆上实施通用汽车接口协议,使复杂性大为降低。

作为MASS框架的基础,A-PHY提供了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。其最大下行链路数据速率已从A-PHY v1.0中的16Gbps增加到今年早些时候推出的A-PHY v1.1中的每链路32Gbps,而路线图则为64Gbps甚至更高。在v1.1中,最大上行链路数据速率也翻了一番,从100Mbps提高到200Mbps。基于其超低数据包错误率和高抗噪性能,可在车辆的整个生命周期内提供可靠的通信保证。

诸如A-PHY之类的标准化接口,距离可达15m,各类架构的集成都可以得到简化,网络成本和复杂性也得以降低。它支持位于车辆任何地方的边缘组件和ECU之间的链接,从而无需在短距离接口(例如MIPI C-PHY或MIPI D-PHY)和专有的长距离接口之间使用“桥接”处理器。A-PHY还允许制造商通过一根电缆将多套设备以菊链方式连接到一个ECU。

具有更大的灵活性A-PHY v1.1

A-PHY通过适配层支持多种现有接口协议,并且可以在各种拓扑和配置中实现。A-PHY v1.1增加了这种灵活性以支持更多类型的实现。

图2:A-PHY v1.1增加了A-PHY的灵活性,支持Star Quad(STQ)电缆的使用。通过三个新的配置选项,OEM可以通过更多方式满足连接需求。

在A-PHY v1.1中,增加了对Star Quad(STQ)电缆的支持,这是一种带有两个差分对的屏蔽电缆,如图3所示。

图3:Star Quad(STQ)电缆横截面示意图。

支持如下三种新配置:

双下行链路配置:使用STQ电缆中的两对导线来实现32Gbps的下行链路速率。

非对称选项:具有16Gbps下行链路,4Gbps反向链路,可实现双向高速数据传输。因此一根电缆可以用于一对设备,例如共置摄像头和显示器。

对称配置:通过一根STQ电缆提供16Gbps下行链路和16Gbps反向链路。

通过PAM4编码,A-PHY v1.1还允许制造商使用现有平台上的传统电缆或新平台上的低成本电缆迁移到A-PHY,从而支持可用于低速齿轮的窄带宽、低于1GHz的应用。

A-PHY具有多种内置功能安全特性,包括循环冗余校验(CRC)、用于检测数据包丢失的8位消息计数器,以及用于检测通信丢失的超时监视器。此外,其独特的重传方案(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。另外,MASS框架还包括协议栈上层功能安全的附加功能。

继续向更高的带宽和更大的灵活性方面演进的MIPI A-PHY这类标准接口,将使制造商能够在满足未来互联、自主、共享和电动汽车新要求的同时,享用更多的可能性。(作者:Raj Kumar Nagpal,MIPI A-PHY工作组联合主席)

(参考原文:Automotive electronics revolution requires faster, smarter interfaces)

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