如何為汽車ADAS和信息娛樂系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)接口橋接的方法分析

汽車市場(chǎng)和其他行業(yè)一樣，競(jìng)爭(zhēng)孕育出創(chuàng)新。過去一百年里，遵循著這個(gè)亙古不變的真理，“不用馬拉的車”演化成了當(dāng)今世界中最實(shí)用和無處不在的工具之一。一直以來，汽車都被認(rèn)為是機(jī)械設(shè)備，不過最近不斷涌現(xiàn)的創(chuàng)新技術(shù)將汽車變成了越來越電子化的系統(tǒng)。

一個(gè)顯而易見的例子就是汽車的快速電氣化。還有一點(diǎn)也十分引人矚目，那就是信息娛樂系統(tǒng)的迭代更新，從當(dāng)初簡(jiǎn)單的無線電收音機(jī)和磁帶機(jī)進(jìn)化成了性能強(qiáng)大的車載信息娛樂系統(tǒng)（Automotive Infotainment Systems, AIS），并且隨著高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（Advanced Driver Assistance Systems, ADAS）的引入，增強(qiáng)的電子安全系統(tǒng)可進(jìn)一步為駕駛員提供保護(hù)。

在過去十年里，汽車市場(chǎng)的一部分主要?jiǎng)?chuàng)新源動(dòng)力并不是來自汽車市場(chǎng)本身，而是來自消費(fèi)電子市場(chǎng)。智能手機(jī)的快速興起迫使汽車制造能夠很快轉(zhuǎn)向那些在短時(shí)間內(nèi)就變得十分普及的全新設(shè)備。自50年代起，車載信息娛樂系統(tǒng)基本局限于收音機(jī)、磁帶和CD。盡管一些導(dǎo)航和“信息娛樂”系統(tǒng)由2007年發(fā)布的iPhone引入了人們的生活，不過當(dāng)時(shí)它們的功能還十分有限，價(jià)格也很昂貴。

智能手機(jī)的入局顛覆了汽車系統(tǒng)的慣有形式，為汽車產(chǎn)品引入了一個(gè)新的平臺(tái)和應(yīng)用產(chǎn)業(yè)體系，而汽車制造商對(duì)這些沒有掌控力。關(guān)鍵的APP，如Google Maps，能夠使用手機(jī)內(nèi)置GPS實(shí)現(xiàn)路線規(guī)劃導(dǎo)航功能，為駕駛員提供革命性的駕駛體驗(yàn)。娛樂的形式也發(fā)生了變化。不用再百無聊賴地收聽廣播，或是重復(fù)播放CD上僅有的幾首歌，駕駛員現(xiàn)在可以播放自定義播放列表中數(shù)以百萬計(jì)的歌曲。來自智能手機(jī)的挑戰(zhàn)加速了汽車行業(yè)已然開始的變革，汽車娛樂系統(tǒng)不斷向車載信息娛樂系統(tǒng)這個(gè)方向發(fā)展，不僅要提供娛樂體驗(yàn)，還要實(shí)現(xiàn)通知功能。

同時(shí)，汽車制造商也在開發(fā)全新的方式來保護(hù)用戶。ADAS包括一系列解決方案，如自動(dòng)剎車、車道偵測(cè)和鷹眼平行泊車系統(tǒng)，使用先進(jìn)的技術(shù)和處理能力進(jìn)一步保護(hù)駕駛員的安全。

為了實(shí)現(xiàn)AIS和ADAS解決方案，汽車制造商將目光投向了移動(dòng)領(lǐng)域。智能手機(jī)使用的處理器和系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)這些解決方案理想選擇，因?yàn)槠嚭椭悄苁謾C(jī)都對(duì)器件的尺寸、功耗以及更寬的溫度范圍有著嚴(yán)格的要求。此外，這些器件的產(chǎn)量也可以確保汽車制造商能夠基于花費(fèi)不多的平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

當(dāng)然，這條發(fā)展道路上也存在著不少挑戰(zhàn)。汽車和智能手機(jī)有著極其不同的設(shè)計(jì)周期（3年以上和9-18個(gè)月）。由于這個(gè)因素，在某個(gè)智能手機(jī)處理器平臺(tái)走向生命終點(diǎn)時(shí)，圍繞著它設(shè)計(jì)的汽車系統(tǒng)可能剛剛上市。視頻也是一個(gè)問題。智能手機(jī)通常具備兩個(gè)視頻輸入以支持前置和后置攝像頭。而AIS或ADAS解決方案可能要接收和分析來自4個(gè)或更多的攝像頭以及其他傳感器的視頻。

在下一個(gè)十年里，汽車產(chǎn)品將擁有更多攝像頭和屏幕，先進(jìn)的汽車系統(tǒng)對(duì)于更高性能處理器的需求只會(huì)愈演愈烈?？紤]到種種好處，汽車制造商很可能會(huì)繼續(xù)嘗試使用現(xiàn)有的移動(dòng)處理器來滿足上述需求。這樣就為能夠提供所需靈活性的解決方案帶來了市場(chǎng)，它們可以幫助汽車制造商將移動(dòng)處理器作為應(yīng)用處理器推向汽車市場(chǎng)。

FPGA特別適合這類橋接應(yīng)用。現(xiàn)代FPGA能夠提供所需的靈活性，同時(shí)帶來高性價(jià)比、低功耗和高性能等特性。尤其是FPGA能夠幫助解決現(xiàn)代汽車中視頻輸入、輸出和互連不匹配的問題，降低成本并加速產(chǎn)品上市進(jìn)程。萊迪思半導(dǎo)體提供的各類汽車級(jí)FPGA和ASSP，包括符合AEC-Q100規(guī)范的精選解決方案。這些解決方案將變得愈發(fā)重要，因?yàn)楝F(xiàn)今的AIS系統(tǒng)已經(jīng)成為推動(dòng)未來自動(dòng)化汽車發(fā)展的ADAS系統(tǒng)的基石。

一、信息娛樂應(yīng)用

特斯拉Model S在2012年面市，它具備大量創(chuàng)新特性，其中之一是一塊位于中控區(qū)域的17英寸信息娛樂觸摸屏。值得注意的是它沒有物理控制按鍵。除了核心駕駛組件之外，其他的所有模塊，包括HVAC、娛樂和信息系統(tǒng)都被塞進(jìn)了這塊巨大的觸摸屏中。

特斯拉的中控顯示屏因其無所不包的尺寸而引人注目，這是車廂內(nèi)部顯示屏變得越來越多而形成的自然結(jié)果。視頻顯示屏第一次是作為中控區(qū)域的車載信息娛樂系統(tǒng)顯示屏。從那時(shí)起，它們逐漸被應(yīng)用到了座位的后背上，為后排乘客提供娛樂體驗(yàn)。而現(xiàn)在，它們更是進(jìn)一步發(fā)展為數(shù)字儀表板和抬頭顯示器。

顯示屏和攝像頭首次出現(xiàn)在汽車上時(shí)目的很單一，就是幫助駕駛員在倒車時(shí)看到后方的事物。自那時(shí)起，這兩種設(shè)備所扮演的角色越來越豐富了。在現(xiàn)在的汽車中，攝像頭可以用來分析汽車的周邊環(huán)境和信息并生成增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)內(nèi)容顯示在抬頭顯示器上。在某些型號(hào)的汽車中，車身兩側(cè)的后視鏡已經(jīng)消失不見了，取而代之的是隱藏在車身中的攝像頭，這樣可以降低風(fēng)阻并提升燃油效率。

隨著連接到AIS的攝像頭和顯示屏數(shù)量激增，將移動(dòng)處理器平臺(tái)應(yīng)用到這些系統(tǒng)的難度也越來越高。大部分智能手機(jī)擁有兩個(gè)攝像頭，一個(gè)主要的后置攝像頭以及一個(gè)用于視頻通話的前置攝像頭。不過將移動(dòng)處理器應(yīng)用到汽車領(lǐng)域時(shí)，由于多個(gè)攝像頭的存在，僅有的兩個(gè)輸入是不夠的。

第二個(gè)挑戰(zhàn)是如何處理視頻接口。手機(jī)處理器通常只具備一個(gè)用于顯示的DSI輸出，但是大部分汽車顯示屏使用LVDS接口，而很多移動(dòng)處理器并不支持。

萊迪思信息娛樂解決方案

FPGA能夠幫助汽車信息娛樂系統(tǒng)解決上述挑戰(zhàn)，支持為自定義分辨率預(yù)處理視頻信號(hào)、橋接遍布車輛的各類接口、作為串行器/解串器（SERDES）工作，實(shí)現(xiàn)通過一個(gè)視頻輸出驅(qū)動(dòng)多個(gè)顯示屏。

CrossLink
CrossLink是全球首款可編程ASSP，這款強(qiáng)大的解決方案能夠?qū)崿F(xiàn)多個(gè)攝像頭或傳感器輸入聚合為一個(gè)到應(yīng)用處理器的高速輸入。它支持MIPI、CSI-2、subLVDS、LVDS、HiPSI、LVCMOS和輸出接口。它還能用作解串器，使得來自單個(gè)輸出源的視頻分別傳輸至多個(gè)屏幕。pASSP和PLD的結(jié)合能夠?qū)崿F(xiàn)最大化的靈活性/集成。

ECP5 FPGA

ECP5 FPGA是混合型的接口橋接解決方案，能夠?qū)崿F(xiàn)移動(dòng)應(yīng)用處理器的DSI或FPD-Link輸出與大多數(shù)汽車顯示屏上LVDS或嵌入式 DisplayPort（eDP）接口間的視頻橋接。

ECP5可用于各類信息娛樂使用情景，包括將一個(gè)視頻輸出拆分傳輸?shù)絻蓚€(gè)后排顯示屏，以及針對(duì)特定的視頻分辨率對(duì)視頻進(jìn)行剪裁和格式編排。

MHL/HDMI
在視頻輸入端，萊迪思半導(dǎo)體提供多款適用于汽車市場(chǎng)的ASSP解決方案，幫助手機(jī)通過MHL或HDMI連接到汽車，實(shí)現(xiàn)內(nèi)容分享。

二、高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）

ADAS涉及到各種各樣的全新技術(shù)，為駕駛員提供支持。這些系統(tǒng)運(yùn)用大量的傳感器來告知駕駛員前方的危險(xiǎn)，在某些情況中自動(dòng)對(duì)不斷變化的路況做出反應(yīng)。

盡管大眾市場(chǎng)上的相關(guān)系統(tǒng)還是往輔助的方向發(fā)展，但是包括特斯拉和谷歌在內(nèi)的很多公司正在測(cè)試半自主和全自主的系統(tǒng)，在不遠(yuǎn)的將來能夠在最小化駕駛員參與度的情況下安全地將乘客從出發(fā)點(diǎn)送至目標(biāo)點(diǎn)。

ADAS依靠那些獲取汽車周圍數(shù)據(jù)的傳感器。包括攝像頭、雷達(dá)、LIDAR等。雖然在一些比較舊的汽車中，攝像頭主要用來幫助倒車，而在ADAS系統(tǒng)中，來自數(shù)組攝像頭的視頻能夠無縫轉(zhuǎn)換為汽車及周邊環(huán)境的鷹眼圖像。攝像頭還可以同雷達(dá)傳感器一同使用，實(shí)現(xiàn)泊車輔助和自動(dòng)剎車或?qū)Ⅰ{駛數(shù)據(jù)記錄到“黑匣子”使得保險(xiǎn)人員能夠在事故發(fā)生后進(jìn)行調(diào)查。

這些系統(tǒng)中的很大部分都需要大量攝像頭來工作，獲取來自多個(gè)攝像頭和其他傳感器的數(shù)據(jù)并將其無縫合并，便于系統(tǒng)正確分析周邊環(huán)境。

為了更加精確地分析車輛的周邊環(huán)境，ADAS攝像頭需要具備更高的分辨率、幀率和色深。這使得系統(tǒng)能夠分析更多數(shù)據(jù)，不過隨之而來的是明顯更高的帶寬需求。盡管基礎(chǔ)的后視攝像頭還在使用低分辨率的模擬連接，但是ADAS攝像頭則需要高速數(shù)字接口，如CSI-2。

在信息娛樂應(yīng)用領(lǐng)域，移動(dòng)處理器有限的I/O數(shù)量意味著如果要滿足汽車應(yīng)用的需求，橋接解決方案是必需的。在FPGA解決方案的幫助下，多個(gè)攝像頭和傳感器數(shù)據(jù)能夠?qū)崿F(xiàn)聚合，支持處理器上的單個(gè)攝像頭輸入。性能更高的FPGA還能幫助預(yù)處理數(shù)據(jù)，甚至是控制傳感器。

萊迪思ADAS解決方案

CrossLink
在信息娛樂應(yīng)用領(lǐng)域，CrossLink可提供低功耗、低成本、傳感器和攝像頭接口橋接。它能夠聚合來自多個(gè)圖像傳感器的數(shù)據(jù)，通過單個(gè)CSI-2接口將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綉?yīng)用處理器。并且CrossLink小巧的尺寸還便于將其安裝在傳感器附近，這為工業(yè)設(shè)計(jì)提供了靈活性。

未來，CrossLink還可用于ADAS應(yīng)用中即將實(shí)現(xiàn)的雷達(dá)系統(tǒng)。CSI-2也是類似功能的接口選擇。雷達(dá)用于多項(xiàng)技術(shù)，與圖像處理技術(shù)一道，增強(qiáng)ADAS的功能。再一次，CrossLink能夠大顯身手，將CSI-2轉(zhuǎn)換為應(yīng)用處理器能夠接受的輸入。

ECP5
除了支持?jǐn)?shù)據(jù)橋接和聚合之外，性能更高的、功能更多的ECP5器件還能作為智能中心使用，控制和聚合多個(gè)不同類型的傳感器。

ECP5還可用于在發(fā)送圖像數(shù)據(jù)到應(yīng)用處理器之前進(jìn)行圖像信號(hào)預(yù)處理，降低應(yīng)用處理器在進(jìn)行上述功能時(shí)的資源占用，提升汽車系統(tǒng)的整體性能。

總結(jié)

FPGA的靈活性在很多行業(yè)都被證明是極為有用的。在汽車應(yīng)用領(lǐng)域，F(xiàn)PGA能夠幫助制造商彌補(bǔ)移動(dòng)處理器的不足，滿足對(duì)于高級(jí)娛樂和安全系統(tǒng)的需求。這種商業(yè)模式具備明顯的優(yōu)勢(shì)：使得汽車制造商能夠使用來自智能手機(jī)并經(jīng)過大眾市場(chǎng)驗(yàn)證的產(chǎn)品，快速滿足汽車市場(chǎng)尚不斷變化的需求。雖然FPGA迄今為止還未在汽車領(lǐng)域的其他方面大展身手。但其已經(jīng)在其它行業(yè)中的馬達(dá)控制等領(lǐng)域嶄露頭角，相信在汽車領(lǐng)域會(huì)如此。

毫無疑問的是，隨著汽車電子產(chǎn)品不斷發(fā)展，特別是ADAS以及其它推動(dòng)未來無人駕駛發(fā)展的技術(shù)，越來越多的傳感器將被集成到這些系統(tǒng)中，而在使用攝像頭、傳感器、視頻以及更高速的互連以滿足不斷變化的需求之時(shí)，對(duì)于FPGA所提供的靈活性的需求只會(huì)增長(zhǎng)。