标准化是下一代车载传感器和显示器连接的关键

高级驾驶员辅助系统 （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提高对高带宽、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路至关重要。

车辆周围新型图像传感器的激增以及车载显示器数量的增加正在推动对满足功能安全和安保要求的高性能数据链路的需求。

汽车制造商需要在空间、重量、成本和能耗等越来越严格的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。在这一部分中，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、简化集成、更快的上市时间、更低的成本、更大的供应商生态系统以及加速创新。

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序列化器/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 构成了 MIPI 汽车系列解决方案 （MASS） 的基础，MIPI 汽车系列解决方案是一个端到端框架，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） 和其他协议连接车辆内的摄像头、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，安全性和数据保护。

A-PHY设计用于在汽车图像传感器和显示器及其在车辆任何位置的相关电子控制单元（ECU）之间提供高性能链接。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） 电缆提供的可选供电。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链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，更不复杂。

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—超低数据包错误率，10-19，或车辆使用寿命内小于一个错误

高弹性—在具有挑战性的汽车条件下对电磁兼容性 （EMC） 效应具有超高的抗扰度

伸展距离长 — 最远可达 15 米

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

低延迟— 固定延迟低至 ~6μs，具体取决于速度齿轮

计划于今年晚些时候由MIPI联盟发布的A-PHY v1.1将通过支持星形四边形（STQ）电缆上的双下行链路，将最大下行链路数据速率从16 Gbps翻倍至32 Gbps。它还将使上行链路速度从100 Mbps增加到200 Mbps。此外，A-PHY v1.1 将 PAM4 编码扩展到较低的齿轮（G1 和 G2），从而降低这些齿轮的工作带宽，并允许 OEM、Tier1 和供应商使用成本较低的传统电缆和连接器实施 A-PHY。

使用现有接口简化开发

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嵌入式显示端口/显示端口（VESA eDP / DP））在整个车辆中构建端到端链路，这些协议已经广泛应用于当今的汽车应用中。

MIPI A-PHY可以直接嵌入到车辆图像传感器、显示器和ECU中，允许与每个点实施的功能安全、安保和HDCP服务进行直接的端到端数据链接。

A-PHY可以分阶段实施。初始实现可能会在短距离 C-PHY 或 D-PHY 接口上使用 CSI-2 和 DSI-2，这些接口带有“桥接”到长距离 A-PHY。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。然后，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，从而允许端到端的A-PHY链接到ECU，如上图所示。无需桥接器，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，例如在集成到显示模块之前先集成到图形处理器中。

全栈实现

如前所述，由A-PHY构建的MIPI汽车服务器解决方案（MASS）创建了一个完整的汽车连接堆栈，包括更高层应用协议，A-PHY适配层，标准化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），它们将更高层协议（包括 MIPI CSI-2、MIPI DSI-2 和 VESA eDP/DP）映射到 A-PHY 的 A 数据包格式。此外，还支持用于命令和控制的接口的 PAL。

在下一层中，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实现功能安全和保障的服务，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，为工程师提供所需的工具，以构建满足从ASIL B到ASIL D的任何级别的ASIL（汽车安全完整性等级）要求的系统。

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数字来提供重放保护，该数字可用于检测攻击者试图重放同一消息的尝试

此外，DSE 还支持可选的高带宽数字内容保护 （HDCP） 服务，这些服务可通过 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 CSE 和 DSE 的更新添加到 MASS 中，预计将于 2022 年上半年推出。

使用案例示例

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式将可靠性、安全性和安全性整合到关键车辆系统中。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屏，提醒驾驶员注意汽车路径中的物体。相机通过 A-PHY 使用 CSI-2 将图像数据直接流式传输到 ECU。在ECU处理数据后，它直接通过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置倒车摄像头传输到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。

车道保持摄像机

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，摄像头模块可能会进行一些预处理，以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可以从多个传感器接收数据，并执行用于ADAS或自动决策的传感器融合。

A-PHY和质量允许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。功能安全、安全性和内容保护可以在每个阶段实施。

在这两个示例中，功能安全和安保功能都在链中的每个点实现，以确保超低的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地工作，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。

广泛的优势

A-PHY和MASS的引入代表了高速，非对称，车载数据链路标准化的机会，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端到端连接，具有可靠性、弹性、功能安全性和安全性，从而大大简化了集成过程，并使OEM和一级供应商能够将工程成本分摊到大量组件上。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，这将提高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，从中可以在他们开发的产品中提供持续的性能进步。

（MIPI A-PHY也被IEEE采用为IEEE 2977-2021。

是呢环保局：郭婷