汽车走向智能化, 美信新一代 GMSL 提前布局打通带宽瓶颈 单祥茹 现代汽车诞生至今已有一百多年的历史, 最初阶段, 人们把大部分精力花在汽车的动力系统 (发动机) 、燃料、材料和车身结构上。随着电子技术的发展, 汽车逐渐步入电子化和智能化时代。车载音频、视频数字多媒体娱乐系统、无线网络和智能交通等车辆辅助信息系统正在成为汽车的标配, 而这些配置中的每一项都会增加汽车内部传输链路的带宽开销。根据 Strategy Analytics 的预测, 从 2017-2020 年, 车载带宽的需求将出现剧增, 有可能提升 25 倍。下一代汽车面临三大挑战目前, 中高档汽车已经开始配置高级辅助驾驶系统 (ADAS) , 包括辅助泊车、自动制动、行人检测和防撞等功能。传感器、摄像头和高速串行链路等底层技术是实现此类功能不可或缺的部件。随着整个行业向第五代完全自主驾驶方向发展, 下一代汽车将面临三大挑战, 即:提供更高的带宽、实现更复杂的车内互联、保证更高等级的数据完整性。具体来看, 为了使汽车快速应答命令并实时产生决策, ADAS 应用程序必须能够快速捕获、处理来自多个摄像头和传感器的输入。车内摄像系统的数据速率通常比较高。以全景环视系统为例:每个摄像头的视频流通常为 1280 x800 像素, 帧率为 30 f/s, 提高了传输链路的带宽要求。同样, 信息娱乐系统对带宽的要求也大幅提升, 随着视频分辨率的提高, 音频和视频数据的处理能力也大大提高。如今的汽车中, 经常能看到多达 8 个支持安全功能的摄像头。安全和信息娱乐系统相结合, 使得未来汽车上可能安装十几个摄像头, 多个超高清显示屏, 为数据传输链路提出了更高挑战。当然, 与 ADAS 和信息娱乐系统一样, 车辆与车辆 (V2V) 、车辆与基础设施 (V2X) 和传感器融合系统均要求宽带和数据的完整性, 只有这样, 才能实现汽车间以及与道路基础设施间共享数据, 并做出相应决策。更高的视频帧率和分辨率给汽车带宽带来了更大的压力。与此同时, 迅速扩张的在线数据容量, 包括视频流、视频会议、游戏和社交媒体等车内活动, 使原本就已经很紧张的汽车带宽雪上加霜。另一方面, 在底层数据传输技术上, 解决带宽、数据完整性、互连复杂度以及恶劣的工作环境等问题所面临的挑战也会越来越大。GMSL 技术为下一代汽车实现更智能、更安全的目标铺平道路由于以太网的链路传输数据能力比现在广泛使用的 CAN 总线快 100 倍, 以太网架构在汽车中逐渐得到应用。即便如此, 使用以太网也要求压缩视频传送, 且其速度并不足以支持当今或未来汽车的要求。汽车制造商希望在车内传输数百万像素分辨率图像的需求日益迫切, 同时还需要满足摄像头内对空间及功耗预算的苛刻要求。图 1 在 GMSL 技术上, 每两年美信就会有一次突破 下载原图吉比特多媒体串行链路 (GMSL) 是美信 (M a x i m) 针对汽车应用而推出的一项专用高速串行接口技术, 属于点对点传输。GMSL S e r D e s 技术能够同时传输 H D 视频、音频、控制信息、组合传感器数据, 支持长达 15 米同轴电缆或1015 米屏蔽双绞线电缆的吉比特以太网传输。据美信汽车事业部执行总监Balagopal Mayampurath 介绍, GMSL 属于 LVDS 的范畴, 经过多年的发展, 新一代 GMSL 技术足以承担下一代汽车对高速传输链路带宽的需求。同时, GMSL 还有很强的灵活性, 最新一代的 GMSL 产品完全兼容前期的 GMSL 产品的互连。具体来看, 美信 GMSL 产品的优势主要体现在以下几个方面:1、具有视频分割功能, 可以把两个数据流整合在一起, 通过一对双绞线或一条电缆传送到不同的解串器, 然后送达仪表盘或其它的处理系统。2、由于可以实现多路百万像素级图像的无压缩传输, GMSL 能够很好地支持机器视觉技术, 而后者已经迅速发展为目标和行人检测等安全功能的核心技术。3、Ser Des 产品内置了扩频功能, 有效减少了链路的电磁干扰 (EMI) , 确保数据传输的高可靠性。4、G M S L技术是通过屏蔽双绞线或同轴电缆进行传输, 提供前向视频数据和后向高速控制数据的传输, 并在同一电缆实现供电功能, 在简化设计的同时大大减少了电缆需求, 显著降低汽车的重量, 节约了成本和能耗。5、在新一代 GMSL 技术中整合了诊断功能, 能够实时检测链路的容限。6、满足汽车电子严苛的 EMC 要求。在 GMSL 技术上, 美信保持着平均每两年就有一次创新的发展步伐 (如图 1) 。2003 年问世的 MAX9247/9248 是美信串行链路接口的第一代产品, 它最重要的一个特性就是直流均衡, 主要解决了交流耦合问题, MAX9247/9248 解决了当时汽车中的单电路传输问题;2005 年和 2009 年美信推出的 MAX9244/9259, 通过引入扩频功能来满足汽车 EMC 要求, Balagopal Mayampurath 表示, 美信是业界最早采用扩频技术来改善 EMC 特性的 IC 厂商, 这也是美信在高速数据传输领域的一大优势, 该技术至今仍在沿用;2011 年推出的 MAX9263/9264, 最大的改进在于, 它可以支持 HDCP, 具有数据内容的保护功能, 解决了当时汽车信息娱乐系统防盗版的迫切需求;2012 年, 减轻车身重量成为车企新的诉求, 而降低车内电缆的重量是最有效的手段之一, MAX9279/9280 实现了在一根同轴电缆上即能传输视频流, 又能电缆供电的功能, 进一步降低了汽车中电缆的使用数量, 美信也因此成为业内第一个最先解决该技术难题的公司;2014 年, 汽车安全性需求催生了环视系统的诞生, 车辆中部署的摄像头数量越来越多, MAX9286 是一个四通道解串器, 它可以对四路摄像信号进行解串, 在集成度走上更高台阶。2017 年, 最新一代 GMSL 技术, 则是美信面向下一代汽车的更高智能化需求, 速率提升到 6Gbps, 并整合了复杂的诊断功能, 专门用来解决汽车带宽等难题。汽车中正在逐渐融入越来越多的安全和信息娱乐功能, 接口带宽的需求在不断提高, 未来的汽车将成为我们日常通勤的远端工作站或长途旅行中的娱乐中心。美信 GMSL Ser Des 技术无疑为 4K 视频、传感器数据聚合、吉比特以太网和音频数据传输铺平了道路, 解决了下一代汽车在传输带宽上的瓶颈。