MIPI協(xié)議

未來(lái)汽車領(lǐng)域的發(fā)展愿景令人憧憬，其背后的驅(qū)動(dòng)技術(shù)也因此備受關(guān)注。如今，傳感器對(duì)于下一代汽車視覺(jué)與安全的發(fā)展至關(guān)重要，畢竟駕駛者和乘客的出行安全都依賴于這些傳感器。傳感器催生了眾多基于人工智能（AI）的應(yīng)用，其中就包括高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS），涵蓋自動(dòng)緊急制動(dòng)、車道保持、全景環(huán)視，乃至最終推動(dòng)自動(dòng)駕駛的實(shí)現(xiàn)。例如，Waymo的自動(dòng)駕駛出租車系統(tǒng)使用到多達(dá)29個(gè)圖像傳感器，而普通的消費(fèi)級(jí)汽車視覺(jué)系統(tǒng)可能只使用了10到20個(gè)。

如今，新型的復(fù)雜汽車電子產(chǎn)品對(duì)片上系統(tǒng)（SoC）提出了更高要求，需要整合更多的顯示屏和傳感器技術(shù)，包括成像攝像頭、激光雷達(dá)、雷達(dá)、超聲波以及紅外技術(shù)。

移動(dòng)通訊和汽車市場(chǎng)持續(xù)推動(dòng)著嵌入式顯示屏的創(chuàng)新。更高分辨率、120Hz以上刷新率的可折疊顯示屏實(shí)際上已逐步應(yīng)用進(jìn)實(shí)際產(chǎn)品中。這些變化正展現(xiàn)了移動(dòng)產(chǎn)業(yè)處理器接口（MIPI）協(xié)議等接口的價(jià)值和技術(shù)優(yōu)勢(shì)。MIPI協(xié)議在移動(dòng)通訊領(lǐng)域取得的成功正逐漸延伸到汽車應(yīng)用領(lǐng)域，助力滿足汽車攝像頭和顯示屏的特定需求。

1加速邁向集中化

過(guò)去，分布式電子控制單元（ECU）主導(dǎo)著汽車行業(yè)的發(fā)展，每個(gè)ECU各司其職，負(fù)責(zé)執(zhí)行特定的應(yīng)用功能。在基于域的應(yīng)用中，ADAS或信息娛樂(lè)系統(tǒng)等各類應(yīng)用均在獨(dú)立的域ECU中運(yùn)行。

將多個(gè)應(yīng)用集中到單個(gè)域控制器上，無(wú)疑提高了對(duì)應(yīng)用的性能要求。而當(dāng)下行業(yè)趨勢(shì)正在朝著區(qū)域架構(gòu)演變，這將促使應(yīng)用進(jìn)一步集中化。大眾汽車就明確表示，將此趨勢(shì)視為其區(qū)域架構(gòu)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵部分，有望簡(jiǎn)化車載網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，但同時(shí)也會(huì)加大SoC的開(kāi)發(fā)難度。

車輛設(shè)計(jì)越來(lái)越傾向于整合不同類型的傳感器，以此充分發(fā)揮其各自優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)短板。以自動(dòng)緊急制動(dòng)為例，需要識(shí)別道路上的各種物體，不管是行人、自行車，還是云層投下的陰影。這要求處理性能高達(dá)每秒1,000萬(wàn)億次運(yùn)算（TOPS），體現(xiàn)出巨大的處理需求。

2MIPI協(xié)議：強(qiáng)大的連接紐帶

若沒(méi)有MIPI協(xié)議，上述技術(shù)進(jìn)步難以實(shí)現(xiàn)。MIPI聯(lián)盟提供一系列顯示和攝像頭接口，覆蓋從基礎(chǔ)連接到復(fù)雜的多圖像傳感器與顯示連接，同時(shí)滿足帶寬、功耗和實(shí)施成本等核心需求。汽車行業(yè)采用這些規(guī)范可利用規(guī)模經(jīng)濟(jì)降低成本并提升性能。

MIPI協(xié)議實(shí)現(xiàn)了傳感器與應(yīng)用處理器之間連接的橋梁。提供汽車環(huán)視功能的圖像傳感器，需要捕捉從強(qiáng)光到極暗再到LED 閃爍的多種場(chǎng)景。為解析這些場(chǎng)景并優(yōu)化車輛性能與安全，圖像傳感器的數(shù)據(jù)需與其他傳感器的數(shù)據(jù)整合。例如，熱成像、雷達(dá)和超聲波傳感器都有助于增強(qiáng)盲點(diǎn)檢測(cè)；圖像、熱成像與雷達(dá)傳感器協(xié)同，比單一圖像傳感器更能實(shí)現(xiàn)防撞功能。傳感器數(shù)據(jù)越豐富，傳感器融合的機(jī)會(huì)就越多，用戶所能獲得的功能就越專業(yè)化。

MIPI攝像頭串行接口協(xié)議2（CSI-2）支持傳感器融合，該技術(shù)已在全球數(shù)十億移動(dòng)設(shè)備中應(yīng)用。不僅在移動(dòng)通訊領(lǐng)域獲得驗(yàn)證，還超出手持設(shè)備，成為了視覺(jué)應(yīng)用平臺(tái)。MIPI CSI-2專為成像應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化并實(shí)現(xiàn)低功耗，這對(duì)同時(shí)使用大量傳感器的汽車行業(yè)尤為關(guān)鍵。

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多年來(lái)，MIPI CSI-2協(xié)議不斷演進(jìn)，其中虛擬通道能夠識(shí)別來(lái)自不同源的載荷。對(duì)于ADAS等需使用多個(gè)圖像傳感器的應(yīng)用，或者需要區(qū)分同一傳感器多次曝光的場(chǎng)景尤為重要。

應(yīng)用捕捉圖像或處理信息的速度越快，決策速度就越快（例如判斷何時(shí)剎車的場(chǎng)景）。隨著圖像傳感器像素的提升，所需帶寬也隨之增加。MIPI物理層（PHY）可滿足這一需求：四通道D-PHY v2.1端口可支持每秒18千兆比特（Gbps）的傳輸速率，而C-PHY v2.0可處理高達(dá)44.5Gbps，以低功耗和較少引腳數(shù)實(shí)現(xiàn)高速傳輸。

3汽車安全新高度

MIPI聯(lián)盟專注于滿足汽車法規(guī)要求，并升級(jí)協(xié)議以符合功能安全標(biāo)準(zhǔn)ISO 26262。CSI-2 4.0新增了以傳輸魯棒性為核心的安全功能，例如識(shí)別并糾正丟失的像素，這對(duì)于依賴傳感器數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的行駛車輛來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。

▲圖3：MIPI D-PHY實(shí)現(xiàn)展示了數(shù)據(jù)通道旁的專用時(shí)鐘通道

此外，相關(guān)部件也在不斷提升。汽車行業(yè)要求部件能使用15年，等同于一輛普通車輛的使用年限，且能承受極端溫度和振動(dòng)。ISO 26262標(biāo)準(zhǔn)提高了汽車設(shè)備開(kāi)發(fā)過(guò)程的安全標(biāo)準(zhǔn)，需預(yù)先制定安全計(jì)劃并確保合規(guī)。AEC-Q100標(biāo)準(zhǔn)還提高了開(kāi)發(fā)要求，明確了汽車設(shè)備（包括IP和SoC）必須達(dá)到的質(zhì)量和可靠性水平。

4需要全面的汽車級(jí)MIPI IP

在SoC層面，ISO 26262標(biāo)準(zhǔn)要求更高級(jí)別的實(shí)現(xiàn)。一種方式是將安全管理處理器獨(dú)立于應(yīng)用處理器，通過(guò)專門部署安全管理功能，汽車制造商可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并響應(yīng)所有SoC組件的安全狀態(tài)。

作為SoC開(kāi)發(fā)者，還需考慮組件在極端條件下的表現(xiàn)。正如IP設(shè)計(jì)需全面考量一樣，SoC設(shè)計(jì)同樣如此,，需全面考量接口選擇、端口數(shù)量、協(xié)議支持（如CSI-2、DSI/DSI-2）、D-PHY和C-PHY組合等因素，以完整方案保障汽車行業(yè)的三大核心支柱——安全、可靠和質(zhì)量。

MIPI在降低系統(tǒng)復(fù)雜性的同時(shí)也為關(guān)鍵的安全應(yīng)用鋪路。新思科技支持集成符合C-PHY、D-PHY、CSI-2和DSI/DSI-2的MIPI接口。新思科技MIPI IP解決方案支持SoC與應(yīng)用處理器、基帶處理器和外設(shè)之間的連接，支持MIPI規(guī)范的最新關(guān)鍵功能，例如C-PHY 2.0，每個(gè)Trio的運(yùn)行速度可達(dá)6.5Gs/s，最大帶寬為41Gb/s。新思科技的MIPI攝像頭和顯示IP作為汽車級(jí)產(chǎn)品，符合ISO 26262標(biāo)準(zhǔn)和AEC-Q100可靠性標(biāo)準(zhǔn)。

作為MIPI聯(lián)盟董事會(huì)的重要成員和MIPI聯(lián)盟工作組的積極參與者，新思科技持續(xù)為生態(tài)系統(tǒng)提供支持，開(kāi)發(fā)高質(zhì)量、低功耗、高性價(jià)比和可協(xié)同的MIPI IP解決方案，助力開(kāi)發(fā)者在汽車設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)新功能。開(kāi)發(fā)者通過(guò)單供應(yīng)商解決方案可降低MIPI接口集成到SoC和器件IC的風(fēng)險(xiǎn)與成本，加速產(chǎn)品上市。

隨著高分辨率視頻和圖像數(shù)據(jù)需求的增長(zhǎng)，未來(lái)攝像頭和顯示SoC需處理更復(fù)雜的視覺(jué)數(shù)據(jù)。隨著各行各業(yè)，尤其是汽車領(lǐng)域所處理的圖像數(shù)據(jù)量持續(xù)攀升，MIPI將為解決車輛內(nèi)高速電子組件面臨的“長(zhǎng)距離、高速連接”難題提供有效解決方案。