MIPI：將汽車變成移動(dòng)設(shè)備

每個(gè)人都記得他們的第一輛車——你可以去你想去的地方，移動(dòng)得更快，走得更遠(yuǎn)——你是移動(dòng)的。是的，我們的汽車讓我們移動(dòng)，但今天的汽車本身正在成為移動(dòng)設(shè)備。汽車不僅僅是一種交通工具，它正在演變成完整的移動(dòng)設(shè)備——與互聯(lián)網(wǎng)、交通網(wǎng)以及彼此之間的連接和聯(lián)系。MIPI規(guī)范在這一轉(zhuǎn)變中發(fā)揮著重要作用，就像它們?cè)诮y(tǒng)一最常見的移動(dòng)設(shè)備智能手機(jī)的接口方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用一樣。

MIPI聯(lián)盟成立的目的是使手機(jī)等設(shè)備中的系統(tǒng)接口變得更容易和更經(jīng)濟(jì)。該組織定義了接口規(guī)范，對(duì)高速處理器、低速傳感器和其他芯片間數(shù)據(jù)傳輸之間的相機(jī)、顯示器和無(wú)線模塊的接口進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。移動(dòng)設(shè)備通常很小，組件在設(shè)備內(nèi)部以緊湊、緊密耦合的方式連接。汽車向聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的轉(zhuǎn)變也在由內(nèi)而外發(fā)生——這是利用MIPI聯(lián)盟內(nèi)所做工作的完美環(huán)境。智能手機(jī)供應(yīng)商的（供應(yīng)商控制的）系統(tǒng)界面反映了那些為汽車行業(yè)服務(wù)的開發(fā)。供應(yīng)商創(chuàng)建高功率和高性能接口（使用MIPI規(guī)范）的能力為汽車供應(yīng)鏈上的公司提供了與手機(jī)制造商及其供應(yīng)商相同的優(yōu)勢(shì)。汽車系統(tǒng)正在以有線和無(wú)線的方式進(jìn)行連接。這種連接正在成為汽車的 "中樞神經(jīng)系統(tǒng)"。MIPI規(guī)范提供了越來(lái)越多的關(guān)鍵任務(wù)、信息和娛樂系統(tǒng)之間的連接，從而將你的汽車變成了一個(gè)移動(dòng)設(shè)備。讓我們看看這種轉(zhuǎn)變以及MIPI聯(lián)盟及其成員公司如何幫助實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)變。

車內(nèi)和車外

有一些宏觀趨勢(shì)正在定義MIPI規(guī)范所適合的 "使用模式"。這些趨勢(shì)包括以下項(xiàng)目的初始部署和更深入的集成：

-遠(yuǎn)程信息處理和車載信息娛樂系統(tǒng)（IVI）

-先進(jìn)的駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）

-智能交通系統(tǒng)(ITS)

-自主駕駛系統(tǒng)（ADS）

遠(yuǎn)程信息處理需要將GPS（全球定位系統(tǒng)）與導(dǎo)航顯示器相連接，包括觸摸和音頻功能。駕駛員輔助系統(tǒng)需要攝像頭、雷達(dá)、激光雷達(dá)（激光）、圖像處理和帶有音頻和顯示器的計(jì)算機(jī)視覺接口以提供直接反饋。智能交通系統(tǒng)需要無(wú)線車輛到基礎(chǔ)設(shè)施（V2I）、車輛到車輛（V2V）和車輛到一切（V2X）的連接，橋接支持多種不同無(wú)線（IEEE 802.11p、ac、ah、藍(lán)牙）和蜂窩（LTE、GSM）標(biāo)準(zhǔn)的射頻（RF）能力。隨著我們走向自動(dòng)駕駛，所有這些系統(tǒng)及其互連變得更加關(guān)鍵。

有趣的是，這些連接要求與最普遍的移動(dòng)平臺(tái)——智能手機(jī)中的連接要求幾乎相同。在智能手機(jī)中，你在相機(jī)和顯示器、音頻、麥克風(fēng)和陀螺儀、磁和光功能以及需要觸摸或聲控輸入的應(yīng)用之間有類似的交互。為智能手機(jī)有效定義這些接口的 MIPI 規(guī)范同樣適用于為支持汽車中的這些系統(tǒng)而開發(fā)的接口。而它們今天正在被部署。

讓我們更深入地了解ADAS，看看MIPI規(guī)范是如何應(yīng)用的。駕駛輔助系統(tǒng)的開發(fā)是為了使車輛系統(tǒng)自動(dòng)化、適應(yīng)和增強(qiáng)汽車系統(tǒng)的安全性，并幫助駕駛員更好地駕駛。圖1顯示了ADAS類型監(jiān)控的 "視野 "表示。這些系統(tǒng)在汽車周圍構(gòu)成了一種傳感器 "防護(hù)罩"，可以向司機(jī)發(fā)出警報(bào)或觸發(fā)保障措施，接管對(duì)車輛的控制以避免危險(xiǎn)。

如圖1所示，有越來(lái)越多的基于傳感器的系統(tǒng)使用各種傳感技術(shù)。其中一些系統(tǒng)并不傳輸大量的數(shù)據(jù)；它們是傳感器檢測(cè)和警報(bào)類型的最小數(shù)據(jù)傳輸。然而，其他系統(tǒng)正在捕捉大量的數(shù)據(jù)，以便有效地處理傳輸。例如，用于車道檢測(cè)或交通標(biāo)志識(shí)別的攝像頭輔助系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生密集的數(shù)據(jù)流，需要從攝像頭傳輸?shù)教幚砥鬟M(jìn)行分析，并傳輸?shù)斤@示器進(jìn)行查看。在這樣的系統(tǒng)中，MIPI相機(jī)串行接口（CSI-2(SM)）提供了一個(gè)協(xié)議框架，將數(shù)據(jù)從相機(jī)傳到處理器。實(shí)際的傳輸是通過(guò)使用另一個(gè)MIPI規(guī)范，即MIPI D-PHY(SM)來(lái)完成的，這是一個(gè)物理層收發(fā)器規(guī)范。使用MIPI D-PHY意味著該接口將以最低的功率運(yùn)行，并以最低的成本部署。MIPI聯(lián)盟開發(fā)了具有靈活架構(gòu)定義的規(guī)范，認(rèn)識(shí)到有針對(duì)性的實(shí)施對(duì)于實(shí)現(xiàn)物理引腳和傳輸速率的最佳組合是必要的。

圖2是目標(biāo)實(shí)施的一個(gè)例子；是相機(jī)到處理器連接的簡(jiǎn)化圖。相機(jī)子組件具有照相機(jī)傳感器和支持圖像采集的電路，并使用D-PHY Tx宏來(lái)組織圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。照相機(jī)圖像被序列化，并被發(fā)送到圖像信號(hào)處理子組件，其中包含接收數(shù)據(jù)的支持電路 - D-PHY Rx宏。Tx和Rx端之間的物理連接是通過(guò)MIPI接口實(shí)現(xiàn)的。NXP使用MIPI CSI-2規(guī)范和Mixel提供的D-PHY硬宏設(shè)計(jì)了這樣一個(gè)系統(tǒng)。

NXP使用Mixel的MIPI D-PHY

NXP使用MIPI接口的設(shè)計(jì)被稱為S32V234，如圖3所示（見左上角）。S32V是用于視覺、傳感器融合和環(huán)視應(yīng)用的ADAS解決方案。它具有四核ARM Cortex-A53處理器、NXP APEX圖像認(rèn)知處理器、Vivante GC3000處理單元和先進(jìn)的內(nèi)存總線系統(tǒng)架構(gòu)。該系統(tǒng)旨在與各種圖像傳感器連接，如索尼IMX224。該傳感器有一個(gè)MIPI CSI-2接口，用于將傳感器與SV32等系統(tǒng)級(jí)芯片連接起來(lái)。MIPI CSI-2接口的最大輸出數(shù)據(jù)速率為1.5Gbps/lane，輸出通道的數(shù)量可以從1ch、2ch或4ch（lane）中選擇。

該系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵部分是以低延遲或零延遲將原始圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)絊V32內(nèi)置的圖像信號(hào)處理器（ISP）。原始數(shù)據(jù)使用先進(jìn)的高性能SRAM系統(tǒng)進(jìn)行有效處理，該系統(tǒng)補(bǔ)充了傳統(tǒng)的DDR內(nèi)存管理，使圖像處理成為實(shí)時(shí)的。從相機(jī)到S32V的原始數(shù)據(jù)傳輸是通過(guò)MIPI CSI-2、D-PHY接口完成的，由Rx D-PHY硬宏接收。數(shù)據(jù)被序列化并以高速傳輸，以實(shí)現(xiàn)無(wú)閃爍的處理。

NXP產(chǎn)品中MIXEL的MIPI D-PHY

Mixel為NXP的設(shè)計(jì)提供了D-PHY IP Rx+硬宏。這個(gè)宏被優(yōu)化為一個(gè)接收方的定制實(shí)現(xiàn)，在系統(tǒng)級(jí)芯片--S32V中有效地前置了CSI-2接口。值得注意的是，MIPI D-PHY規(guī)范定義了一個(gè)具有對(duì)稱Tx和Rx功能的D-PHY的通用形式。在Mixel的實(shí)現(xiàn)中，接收端是有針對(duì)性的，通道被優(yōu)化為與從相機(jī)到S32V的主要傳輸方向一致。Mixel D-PHY Rx+的框圖見圖4。Rx+的一個(gè)關(guān)鍵特征是面積優(yōu)化的Tx端。增加了一個(gè)微創(chuàng)的Tx，增加了環(huán)回支持，簡(jiǎn)化了硅片生產(chǎn)后測(cè)試中的設(shè)置要求。由于這種特殊的實(shí)現(xiàn)方式，你不僅得到了性能和功率，而且得到了硅測(cè)試能力。

Mixel的D-PHY Rx+遵循MIPI D-PHY規(guī)范，但增加了這個(gè)重要的自定義選項(xiàng)。請(qǐng)注意，MIPI聯(lián)盟定義了它的規(guī)范，允許在實(shí)施過(guò)程中進(jìn)行優(yōu)化。通過(guò)這種方式，客戶和供應(yīng)商可以在系統(tǒng)的引腳限制和數(shù)據(jù)傳輸率的要求下工作，優(yōu)化功率和效率，在這種情況下，也可以優(yōu)化測(cè)試性。

安全性和可靠性

當(dāng)然，操作的可靠性和穩(wěn)健性是汽車中使用的部件的根本。因?yàn)锳DAS功能對(duì)于使我們?cè)隈{駛時(shí)更加安全是至關(guān)重要的，所以安全標(biāo)準(zhǔn)是必不可少的。但是，即使是非關(guān)鍵系統(tǒng)也必須在廣泛的，而且往往是惡劣的環(huán)境條件下可靠地運(yùn)行。汽車行業(yè)的供應(yīng)商，以及這些供應(yīng)商的供應(yīng)商，必須符合AEC-Q100等標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)為集成電路建立了通用的電氣元件資格要求；IEC 61508，旨在成為適用于各種行業(yè)的基本功能安全標(biāo)準(zhǔn)；以及ISO 26262，為生產(chǎn)汽車的電氣和/或電子系統(tǒng)的功能安全建立了標(biāo)準(zhǔn)。在這種情況下，Mixel作為恩智浦的IP供應(yīng)商，在設(shè)計(jì)其MIPI IP時(shí)，從一開始就考慮到了可靠性和穩(wěn)健的操作，然后做了額外的工作，確保IP符合這些標(biāo)準(zhǔn)。例如，Mixel的D-PHY符合AEC-Q100的0級(jí)規(guī)范。驗(yàn)證設(shè)計(jì)需要廣泛使用包含老化效應(yīng)和溫度變化的統(tǒng)計(jì)模擬。Mixel在運(yùn)行模擬的正態(tài)分布中改變了關(guān)鍵參數(shù)，因此每個(gè)設(shè)備的差異都被考慮在內(nèi)。設(shè)計(jì)目標(biāo)是在六西格瑪范圍內(nèi)執(zhí)行。這樣的模擬需要仔細(xì)規(guī)劃，使性能在D-PHY工作環(huán)境的預(yù)期公差范圍內(nèi)變得可預(yù)測(cè)。性能通過(guò)Mixel和恩智浦所做的大量測(cè)試和鑒定得到進(jìn)一步驗(yàn)證。額外的努力導(dǎo)致了可靠和安全的系統(tǒng)運(yùn)行。

在雷達(dá)、激光雷達(dá)和其他領(lǐng)域使用MIPI

隨著供應(yīng)商向自動(dòng)駕駛方向擴(kuò)展ADAS，MIPI規(guī)格將繼續(xù)發(fā)展，并在適合的地方進(jìn)行部署。

雷達(dá)（毫米波無(wú)線電）和激光雷達(dá)（光）傳感器子系統(tǒng)也需要傳輸大量的數(shù)據(jù)。這些系統(tǒng)可以使用MIPI接口將數(shù)據(jù)從連接到ADC/基帶和信號(hào)處理組件的模擬前端傳輸，或直接傳輸?shù)较到y(tǒng)級(jí)融合處理系統(tǒng)，在那里可以啟動(dòng)適當(dāng)?shù)男袆?dòng)。在自適應(yīng)巡航控制等應(yīng)用中，MIPI CSI-2接口非常適合連接射頻前端和雷達(dá)處理器（例如，NXP S32R27，它使用Mixel MIPI D-PHY連接到NXP的射頻前端設(shè)備，如MR3003）。在這里，需要對(duì)連續(xù)的突發(fā)傳輸進(jìn)行分析，以檢測(cè)物體和判斷車與車之間的相對(duì)速度，并最終調(diào)整油門。這些都是高帶寬的數(shù)據(jù)傳輸，有多個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）陣列來(lái)支持從長(zhǎng)距離和短距離傳輸中收集的數(shù)據(jù)。無(wú)論傳感器使用的是視線還是光線，MIPI接口都將繼續(xù)部署在汽車傳感器模塊內(nèi)，支持這些關(guān)鍵的數(shù)據(jù)傳輸。

NXP和Mixel等MIPI成員公司繼續(xù)在系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)中和作為IP部署MIPI規(guī)范接口。其他MIPI成員公司也在汽車和其他系統(tǒng)中部署了這些接口。這發(fā)生在任何可以從為效率和性能而定義的接口中受益的地方。MIPI聯(lián)盟在其規(guī)范定義中的靈活性使供應(yīng)商和客戶能夠開發(fā)出針對(duì)每個(gè)應(yīng)用的優(yōu)化接口。這種應(yīng)用需求與接口架構(gòu)的 "完美契合 "正在為新興的汽車行業(yè)服務(wù)，就像它已經(jīng)并將繼續(xù)為移動(dòng)智能電話市場(chǎng)服務(wù)一樣。汽車行業(yè)繼續(xù)加強(qiáng)系統(tǒng)，使汽車的操作更像一個(gè)移動(dòng)設(shè)備。我們正在向享受快速、安全、信息豐富、娛樂性強(qiáng)、沒有壓力的駕駛靠近。我們的汽車有更多的系統(tǒng)需要MIPI聯(lián)盟的性能和功率優(yōu)化接口。MIPI聯(lián)盟及其成員公司將繼續(xù)部署系統(tǒng)接口，將您的汽車轉(zhuǎn)變?yōu)樽灾鞯囊苿?dòng)設(shè)備，以造福于我們所有人。

審核編輯 ：李倩