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

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

一個顯而易見的例子就是汽車的快速電氣化。還有一點也十分引人矚目，那就是信息娛樂系統(tǒng)的迭代更新，從當初簡單的無線電收音機和磁帶機進化成了性能強大的車載信息娛樂系統(tǒng)（Automotive Infotainment Systems, AIS），并且隨著高級駕駛輔助系統(tǒng)（Advanced Driver Assistance Systems, ADAS）的引入，增強的電子安全系統(tǒng)可進一步為駕駛員提供保護。

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

智能手機的入局顛覆了汽車系統(tǒng)的慣有形式，為汽車產(chǎn)品引入了一個新的平臺和應用產(chǎn)業(yè)體系，而汽車制造商對這些沒有掌控力。關鍵的APP，如Google Maps，能夠使用手機內(nèi)置GPS實現(xiàn)路線規(guī)劃導航功能，為駕駛員提供革命性的駕駛體驗。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)以百萬計的歌曲。來自智能手機的挑戰(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)這個方向發(fā)展，不僅要提供娛樂體驗，還要實現(xiàn)通知功能。

同時，汽車制造商也在開發(fā)全新的方式來保護用戶。ADAS包括一系列解決方案，如自動剎車、車道偵測和鷹眼平行泊車系統(tǒng)，使用先進的技術和處理能力進一步保護駕駛員的安全。

為了實現(xiàn)AIS和ADAS解決方案，汽車制造商將目光投向了移動領域。智能手機使用的處理器和系統(tǒng)是實現(xiàn)這些解決方案理想選擇，因為汽車和智能手機都對器件的尺寸、功耗以及更寬的溫度范圍有著嚴格的要求。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不多的平臺進行設計。

當然，這條發(fā)展道路上也存在著不少挑戰(zhàn)。汽車和智能手機有著極其不同的設計周期（3年以上和9-18個月）。由于這個因素，在某個智能手機處理器平臺走向生命終點時，圍繞著它設計的汽車系統(tǒng)可能剛剛上市。視頻也是一個問題。智能手機通常具備兩個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個或更多的攝像頭以及其他傳感器的視頻。

在下一個十年里，汽車產(chǎn)品將擁有更多攝像頭和屏幕，先進的汽車系統(tǒng)對于更高性能處理器的需求只會愈演愈烈?？紤]到種種好處，汽車制造商很可能會繼續(xù)嘗試使用現(xiàn)有的移動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，它們可以幫助汽車制造商將移動處理器作為應用處理器推向汽車市場。

FPGA特別適合這類橋接應用。現(xiàn)代FPGA能夠提供所需的靈活性，同時帶來高性價比、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)品上市進程。萊迪思半導體提供的各類汽車級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，因為現(xiàn)今的AIS系統(tǒng)已經(jīng)成為推動未來自動化汽車發(fā)展的ADAS系統(tǒng)的基石。

一、信息娛樂應用

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。從那時起，它們逐漸被應用到了座位的后背上，為后排乘客提供娛樂體驗。而現(xiàn)在，它們更是進一步發(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)在汽車上時目的很單一，就是幫助駕駛員在倒車時看到后方的事物。自那時起，這兩種設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現(xiàn)實內(nèi)容顯示在抬頭顯示器上。在某些型號的汽車中，車身兩側的后視鏡已經(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，將移動處理器平臺應用到這些系統(tǒng)的難度也越來越高。大部分智能手機擁有兩個攝像頭，一個主要的后置攝像頭以及一個用于視頻通話的前置攝像頭。不過將移動處理器應用到汽車領域時，由于多個攝像頭的存在，僅有的兩個輸入是不夠的。

第二個挑戰(zhàn)是如何處理視頻接口。手機處理器通常只具備一個用于顯示的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處理視頻信號、橋接遍布車輛的各類接口、作為串行器/解串器（SERDES）工作，實現(xiàn)通過一個視頻輸出驅(qū)動多個顯示屏。

CrossLink
CrossLink是全球首款可編程ASSP，這款強大的解決方案能夠?qū)崿F(xiàn)多個攝像頭或傳感器輸入聚合為一個到應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，使得來自單個輸出源的視頻分別傳輸至多個屏幕。pASSP和PLD的結合能夠?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)移動應用處理器的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，包括將一個視頻輸出拆分傳輸?shù)絻蓚€后排顯示屏，以及針對特定的視頻分辨率對視頻進行剪裁和格式編排。

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

二、高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）

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

盡管大眾市場上的相關系統(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)的很多公司正在測試半自主和全自主的系統(tǒng)，在不遠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)點送至目標點。

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、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換為汽車及周邊環(huán)境的鷹眼圖像。攝像頭還可以同雷達傳感器一同使用，實現(xiàn)泊車輔助和自動剎車或?qū)Ⅰ{駛數(shù)據(jù)記錄到“黑匣子”使得保險人員能夠在事故發(fā)生后進行調(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。

在信息娛樂應用領域，移動處理器有限的I/O數(shù)量意味著如果要滿足汽車應用的需求，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攝像頭輸入。性能更高的FPGA還能幫助預處理數(shù)據(jù)，甚至是控制傳感器。

萊迪思ADAS解決方案

CrossLink
在信息娛樂應用領域，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圖像傳感器的數(shù)據(jù)，通過單個CSI-2接口將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綉锰幚砥鳌２⑶褻rossLink小巧的尺寸還便于將其安裝在傳感器附近，這為工業(yè)設計提供了靈活性。

未來，CrossLink還可用于ADAS應用中即將實現(xiàn)的雷達系統(tǒng)。CSI-2也是類似功能的接口選擇。雷達用于多項技術，與圖像處理技術一道，增強ADAS的功能。再一次，CrossLink能夠大顯身手，將CSI-2轉換為應用處理器能夠接受的輸入。

ECP5
除了支持數(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)到應用處理器之前進行圖像信號預處理，降低應用處理器在進行上述功能時的資源占用，提升汽車系統(tǒng)的整體性能。

總結

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

毫無疑問的是，隨著汽車電子產(chǎn)品不斷發(fā)展，特別是ADAS以及其它推動未來無人駕駛發(fā)展的技術，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，對于FPGA所提供的靈活性的需求只會增長。