誰(shuí)能滿足自動(dòng)駕駛Gb/s級(jí)數(shù)據(jù)傳輸？

CAN是Controller Area Network的縮寫，是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化的串行通信協(xié)議，它是由博世公司開發(fā)的面向汽車的通信協(xié)議，經(jīng)過(guò)ISO11519和ISO11898的標(biāo)準(zhǔn)化，它已成為業(yè)內(nèi)通用的汽車網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議。

ISO11519 是通信速度為 125kbps 以下的 CAN 低速通信標(biāo)準(zhǔn)，追加新約ISO 11519-2后傳輸速度最高 125kbps，總線最大長(zhǎng)度1Km/40kbps。ISO11898 是通信速度為 125kbps-1Mbps 的 CAN 高速通信標(biāo)準(zhǔn)，通信速度最高1Mbps，總線最大長(zhǎng)度為40m/1Mbps。

低速CAN通常用于燈光類、電動(dòng)窗、門鎖、電動(dòng)椅、遙控門鎖、電子儀表、駕駛信息、自動(dòng)空調(diào)、故障診斷等信息，高速can則用于發(fā)動(dòng)機(jī)控制、 變速器控制、 剎車控制、 懸掛控制、 ABS等功能。

CAN設(shè)立之初，是為了方便車內(nèi)ECU之間通訊，但隨著車內(nèi)ECU的增多，以及汽車的智能化發(fā)展，車內(nèi)數(shù)據(jù)的通訊需求，在日益增大，而原有的CAN已經(jīng)越來(lái)越難滿足要求。

在美國(guó)SAE的標(biāo)準(zhǔn)中，將汽車網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸劃分為A、B、C、D四個(gè)等級(jí)，其中C類是面向高速、實(shí)施閉環(huán)控制的多路傳輸，速度最高可達(dá)1Mbps，用與車身電子的舒適性模塊和顯示儀表等設(shè)備中。

上述的can協(xié)議中，歐洲汽車廠商大多使用“高速CAN”作為C類總線，實(shí)際上就是ISO11898-1中位速率高于125kb/s的那部分標(biāo)準(zhǔn)。?美國(guó)則在卡車及其拖車、客車、建筑機(jī)械和農(nóng)業(yè)設(shè)備中大量使用專用的通訊協(xié)議SAE?J1939。SAE?J1939是一種基于高速CAN的比較成熟的車用高層協(xié)議，其位速率為250kb/s。?

D類總線劃分為低速、高速和無(wú)線三大范疇，SAE中的IDB-C（Intelligent?Transportation?System?Data?Bus-CAN：基于CAN的智能交通系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線）、IDB-M（IDB-Multimedia：智能交通系統(tǒng)多媒體數(shù)據(jù)總線）和IDB-Wireless（基于無(wú)線通訊方式的智能交通系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線）。

為了滿足車內(nèi)高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨?，相繼產(chǎn)生了新的高速數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，如D2B Optical、MOST、IEEE1394、Byte-flight、 FlexRay、TTP、Ethernet、LVDS、MIPI CSI-2等。

D2B是針對(duì)多媒體數(shù)據(jù)通信的一種協(xié)議，由英國(guó)C&CElectronics公司推動(dòng)，使用Smart Wire非屏蔽雙絞線對(duì)或單光纖。奔馳和捷豹等廠商使用了這種協(xié)議。D2B的傳輸速度為5.6Mbit/s。

MOST（Media?Oriented?Systems?Transport）媒體導(dǎo)向系統(tǒng)傳輸網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，是由德國(guó)Oasis Silicon System公司開發(fā)，得到了BMW、奔馳、哈曼等公司的支持。

MOST是實(shí)線傳輸，而且是光纖線路傳輸，而且可以是塑料光纖（比較省成本），使用光纖可以讓信息傳量加大，未來(lái)的傳輸提升潛力也較高，同時(shí)也較能堅(jiān)穩(wěn)傳輸（因?yàn)闆](méi)有接地回路，也不受電磁干擾）。

在物理層上,傳輸介質(zhì)本身是有塑料保護(hù)套、內(nèi)芯為?1?mm?的?PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）光纖,OEM?供應(yīng)商可以將一束光纖像電線一樣捆成光纜。光纖傳輸采用?650?nm（紅色）的?LED?發(fā)射器（650?nm?是?PMMA?光譜響應(yīng)中的低損耗“窗口”）。數(shù)據(jù)以?50?Mbaud、雙相編碼的方式發(fā)送,最高數(shù)據(jù)速率為?24.8?Mbps。

byteflight協(xié)議由BMW聯(lián)合Motorola，Elmos及Infineon公司聯(lián)合開發(fā)，主要用于機(jī)動(dòng)車輛中的安全臨界應(yīng)用。該系統(tǒng)應(yīng)用在BMW 7系列汽車中，主要用于安全氣囊系統(tǒng)中時(shí)間臨界(time-critical)數(shù)據(jù)的傳輸。

另外，還可用于傳輸車身及底盤電子系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)。byteflight的傳輸速率為10Mbps，采用塑料光纖作為傳輸介質(zhì)。

FlexRay總線是由寶馬、飛利浦、飛思卡爾和博世等公司共同制定的一種新型通信標(biāo)準(zhǔn)，專為車內(nèi)聯(lián)網(wǎng)而設(shè)計(jì)，采用基于時(shí)間觸發(fā)機(jī)制，具有高帶寬、容錯(cuò)性能好等特點(diǎn)，在實(shí)時(shí)性、可靠性和靈活性方面具有一定的優(yōu)勢(shì)。

FlexRay具有高速、可靠及安全的特點(diǎn). FlexRay在物理上通過(guò)兩條分開的總線通信，每一條的數(shù)據(jù)速率是10MBit/s。

FlexRay支持先進(jìn)的汽車高速控制應(yīng)用的未來(lái)要求，通信協(xié)議由"TDMA"和"事件"兩部分構(gòu)成。"TDMA"在啟動(dòng)時(shí)根據(jù)所有后續(xù)參與的節(jié)點(diǎn)定義，是唯一的傳輸通道標(biāo)識(shí)符。

"事件"部分的節(jié)點(diǎn)采用Bytefligh協(xié)議?？梢哉f(shuō)FlexRay 是從Byteflight 之上發(fā)展起來(lái)的。FlexRay 即保證了系統(tǒng)對(duì)于安全性的要求，設(shè)計(jì)了很高的通信帶寬水平和容錯(cuò)能力，又盡量保持靈活性，降低節(jié)點(diǎn)成本。

系統(tǒng)高度可擴(kuò)展，從單通道總線到雙通道多星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。甚至允許在一個(gè)系統(tǒng)中同時(shí)有單通道和雙通道的節(jié)點(diǎn)。

TTP (Time-triggered protocol)原先應(yīng)用于航空產(chǎn)品，安全性設(shè)計(jì)非常嚴(yán)格，基于嚴(yán)格的TDMA時(shí)序安排，具有非常可靠和容錯(cuò)的特性。系統(tǒng)中包含的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都和其他節(jié)點(diǎn)由兩個(gè)重復(fù)的通道連接。這些節(jié)點(diǎn)可以被復(fù)制，并分組成為容錯(cuò)單元(FTUs)來(lái)彌補(bǔ)通信錯(cuò)誤。

由于重復(fù)信息同時(shí)在兩個(gè)不同的通道上發(fā)送，所以傳輸信息的時(shí)間和量值都被復(fù)制。該協(xié)議的節(jié)點(diǎn)成本比其他協(xié)議的成本更高。 其中 TTP/C 屬于C類協(xié)議，用于實(shí)時(shí)控制。

IDB-1394為采用IEEE1394技術(shù)的智能傳輸系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線，其傳輸速度高達(dá)400Mbps的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)，適用于傳輸高質(zhì)量視訊、多聲道音訊以及信息娛樂(lè)應(yīng)用中的高速數(shù)據(jù)。

由于過(guò)去IEEE 1394傳輸標(biāo)準(zhǔn)在日本的消費(fèi)性電子業(yè)界受到很大的重視，所以IDB-1394芯片亦由日本的廠商搶先推出，未來(lái)在所有汽車電子系統(tǒng)的發(fā)展中，車用娛樂(lè)也將會(huì)是最早開發(fā)及應(yīng)用的一塊。

Ethernet是以太網(wǎng)，原本以太網(wǎng)只見于PC、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等，近幾年它的身影也出現(xiàn)在汽車端。目前在汽車上最先進(jìn)的車載以太網(wǎng)技術(shù)是使用低廉的非屏蔽雙絞線，100MBits/s速率傳輸影音數(shù)據(jù)。這一技術(shù)稱為BroadR-Reach技術(shù)，并被OPEN Alliance SIG聯(lián)盟[1]標(biāo)準(zhǔn)化。

該聯(lián)盟的下一目標(biāo)是推廣以太網(wǎng)作為車載網(wǎng)絡(luò)，到2015年應(yīng)用到汽車的娛樂(lè)和輔助駕駛系統(tǒng)。部分OEM廠商預(yù)測(cè)，最早2018年以太網(wǎng)將成為關(guān)鍵汽車技術(shù)。

隨著自動(dòng)駕駛的發(fā)展，車載以太網(wǎng)現(xiàn)有的傳輸速率顯然不能滿足日益增長(zhǎng)的要求，而以太網(wǎng)技術(shù)本身經(jīng)歷了標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)（10Mbps）、快速以太網(wǎng)（100Mbps）和千兆以太網(wǎng)（Gigabit Ethernet）的發(fā)展，因此業(yè)內(nèi)對(duì)以太網(wǎng)在汽車上的應(yīng)用持樂(lè)觀態(tài)度。

LVDS（Low Voltage Differential Signaling）是一種低擺幅的差分信號(hào)技術(shù)，它使得信號(hào)能在差分PCB 線對(duì)或平衡電纜上以幾百M(fèi)bps的速率傳輸，其低壓幅和低電流驅(qū)動(dòng)輸出實(shí)現(xiàn)了低噪聲和低功耗。

IEEE 在兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)LVDS 信號(hào)進(jìn)行了定義。ANSI/TIA/E IA -644 中，推薦最大速率為655Mbps ，理論極限速率為1.923Gbps。

MIPI（Mobile Indstry Processor Interface）移動(dòng)行業(yè)處理器接口，成立于2003年，組織涵蓋眾多業(yè)內(nèi)知名芯片廠商，包括ARM、飛思卡爾、英特爾等。

MIPI CSI-2是移動(dòng)行業(yè)中使用最廣泛的相機(jī)接口。它因其易用性和支持廣泛的高性能應(yīng)用程序而得到廣泛采用，包括1080p，4K，8K及以上視頻以及高分辨率攝影，應(yīng)用范圍包括信息娛樂(lè)，安全或基于手勢(shì)的控制的汽車智能車應(yīng)用。

MIPI CSI（MIPI Camera Serial Interface）是MIPI中的攝像頭協(xié)議組，另外還有基帶、應(yīng)用處理器、顯示接口的工作組。

最新版本MIPI CSI-2 v2.1可以在MIPI聯(lián)盟的兩個(gè)物理層中實(shí)現(xiàn)：MIPI C-PHY SM v1.2和MIPI D-PHY SM v2.1。它向后兼容所有以前的MIPI CSI-2規(guī)范。

性能是通道可擴(kuò)展的，例如，使用三通道（九線）MIPI C-PHY v1.2接口提供高達(dá)24 Gbps，或使用四通道（十線）MIPI D-PHY提供18 Gbps MIPI CSI-2 v2.1下的v2.1接口。

在汽車智能化過(guò)程中，越來(lái)越多的高清攝像頭進(jìn)入了汽車零部件的采購(gòu)范疇，傳統(tǒng)720P的攝像頭數(shù)據(jù)量龐大，除了在環(huán)視中使用，結(jié)合深度學(xué)習(xí)的圖像識(shí)別應(yīng)用，也愈發(fā)廣泛。

對(duì)數(shù)據(jù)的精度、延時(shí)性要求都在增加，如何保證多路攝像頭的數(shù)據(jù)高效、穩(wěn)定的傳輸?shù)教幚砥鳟?dāng)中，成了眾多自動(dòng)駕駛公司需要解決的難題。MIPI CSI傳輸協(xié)議高效的傳輸速率，成了很多自動(dòng)駕駛公司的一個(gè)選項(xiàng)。