圖像傳感器和顯示器處于汽車開發的前沿，在安全、自動化和用戶體驗方面實現了突破。為了充分發揮這些技術的潛力，制造商需要標準化的傳感器和顯示接口，以簡化集成并滿足未來應用的功能和性能需求。

高級駕駛輔助系統（ADAS）、數字駕駛艙、車載信息娛樂服務和自動駕駛系統（ADS）正在創造對更多攝像頭、傳感器和顯示器的需求。后備攝像頭、車道保持和標志檢測傳感器以及 360 度攝像頭、激光雷達和雷達系統等新興功能正在增加對高帶寬、低延遲、非對稱網絡連接的需求。功能安全性、安全性和可靠性對于這些鏈接至關重要。

車輛周圍新型圖像傳感器的激增和車載顯示器數量的增加推動了對滿足功能安全和安保要求的高性能數據鏈路的需求。

汽車制造商需要在日益嚴格的空間、重量、成本和能耗限制下集成這些組件和接口。分散的技術對這項任務構成了重大挑戰。迄今為止，汽車行業不得不依賴專有的物理層接口，這使得集成和遵守質量和監管標準變得更加昂貴、復雜和耗時，從而限制了汽車制造商對技術和供應商的選擇。

基于標準的攝像頭、傳感器和顯示器連接方法對于未來的汽車架構至關重要。在本部分中，我們將探討標準化如何為汽車行業提供與許多其他技術領域相同的好處：互操作性、簡化的集成、更快的上市時間、更低的成本、更大的供應商生態系統和加速創新。

物理層基礎

MIPI聯盟開發了MIPI A-PHY，這是第一個行業標準的非對稱長距離串行器/解串器（SerDes）物理層接口，作為標準化圖像傳感器和顯示器連接的第一步。A-PHY 是 MIPI 汽車 SerDes 解決方案 （MASS） 的基礎，MIPI 汽車 SerDes 解決方案 （MASS） 是一個端到端框架，用于通過 MIPI 攝像頭串行接口 （MIPI CSI-2）、MIPI 顯示串行接口 （MIPI DSI-2） 和其他協議連接車內的攝像頭、傳感器和顯示器。A-PHY 和 MASS 共同提供了一個框架，該框架還構建了功能安全、安保和數據保護。

A-PHY 旨在為車輛中任何地方的汽車圖像傳感器和顯示器及其相關電子控制單元 （ECU） 提供高性能鏈接。它在點對點或菊花鏈拓撲中提供非對稱數據鏈路，具有高速單向數據、嵌入式雙向控制數據以及通過單根同軸電纜或屏蔽差分對 （SDP） 電纜提供的可選功率。由于 A-PHY 專為高速非對稱數據傳輸而構建，因此它補充了汽車以太網等對稱骨干技術。A-PHY 針對將資源受限的邊緣組件連接到計算節點進行了優化，在一個方向上提供高帶寬，同時允許邊緣組件更小、更簡單。

MIPI A-PHY v1.0 支持高達 16 千兆位/秒 （Gbps） 的下行鏈路數據速率和 100 兆位/秒 （Mbps） 的上行鏈路。

去年推出的 A-PHY v1.0 包括以下功能：

高可靠性—10-19 的超低數據包錯誤率，或車輛生命周期內小于 1 個錯誤

高彈性—在具有挑戰性的汽車條件下對電磁兼容性 （EMC） 影響具有超高抗擾度

伸展距離 — 長達 15 米

高性能 — 下行鏈路數據速率高達 16 千兆位/秒 （Gbps），上行鏈路 100 兆位/秒 （Mbps）

低延遲 — 固定延遲低至 ~6μs，具體取決于速度檔位

A-PHY v1.1計劃于今年晚些時候由MIPI聯盟發布，通過支持星形四聯線（STQ）電纜上的雙下行鏈路，將最大下行鏈路數據速率從16 Gbps提高到32 Gbps。它還將使上行鏈路速度從100 Mbps提高到200 Mbps。此外，A-PHY v1.1 將 PAM4 編碼擴展到低檔（G1 和 G2），從而降低這些齒輪的工作帶寬，并允許 OEM、一級供應商和供應商使用成本較低的傳統電纜和連接器實施 A-PHY。

利用現有界面簡化開發

使用A-PHY，制造商可以使用圖像傳感器和顯示協議（例如MIPI CSI-2和DSI-2以及VESA Embedded DisplayPort/DisplayPort）（VESA eDP / DP））在整個車輛中構建端到端鏈路，這些協議已經廣泛用于當今的汽車應用。

MIPI A-PHY 可以直接嵌入到車輛圖像傳感器、顯示器和 ECU 中，允許直接的端到端數據鏈路，并在每個點實施功能安全、安保和 HDCP 服務。

A-PHY 可以分階段實施。初始實施可能會在短距離 C-PHY 或 D-PHY 接口上使用 CSI-2 和 DSI-2，并與長距離 A-PHY 建立“橋接”。這些初始實施消除了對專有橋接的需求，減少了供應商鎖定并提高了規模經濟。通過將 A-PHY 直接集成到傳感器和顯示器中，A-PHY 實現將變得更加簡化，允許與 ECU 進行端到端 A-PHY 鏈接，如上圖所示。沒有橋接器，制造商可以進一步降低成本、復雜性、功耗和重量。在某些情況下，集成可能首先發生在 A-PHY 鏈路的一端或另一端，例如先集成到圖形處理器中，然后再集成到顯示模塊中。

全棧實施

如前所述，基于A-PHY構建的MIPI汽車SerDes解決方案（MASS）創建了一個完整的汽車連接堆棧，包括更高層的應用協議，A-PHY適配層，標準化的MIPI相機命令集（MIPI CCS）和顯示命令集（MIPI DCS）以及功能安全和安保使能器。

MASS 協議棧從應用程序擴展到物理層。

如圖所示，位于 A-PHY 上方的是協議適配層 （PAL），它們將更高層的協議（包括 MIPI CSI-2、MIPI DSI-2 和 VESA eDP/DP）映射到 A-PHY 的 A-Packet 格式。此外，還支持用于命令和控制的接口的 PAL。

在下一層，MIPI攝像頭服務擴展（CSE）和顯示服務擴展（DSE）規范定義了在協議級別應用的功能安全和安保服務，以保護汽車數據流。除了 A-PHY 的功能外，這些服務還提供 ISO 26262 汽車安全標準中定義的功能，為工程師提供構建滿足從 ASIL B 到 ASIL D 的任何級別 ASIL（汽車安全完整性等級）要求的系統所需的工具。

MASS中提供的關鍵功能安全推動因素包括：

幀計數器 - 檢測顯示器上的凍結幀，以防止出現來自安全關鍵型攝像機的視頻流凍結等情況

鏈路檢測故障 — 檢測中斷數據流的總線故障

超時監視器 - 檢測攝像機或顯示器與 ECU 之間的任何臨時數據丟失

循環冗余校驗 — 檢測數據的意外更改，以便針對損壞采取糾正措施

消息計數器 - 通過為每個數據包分配一個編號來提供重放保護，該編號可用于檢測攻擊者重播同一郵件的嘗試

此外，DSE 還支持可選的高帶寬數字內容保護 （HDCP） 服務，該服務可通過 DSI-2 和 VESA eDP/DP 顯示鏈路實現。HDCP 可防止未經授權復制顯示內容，尤其是車載娛樂內容。

機密性、完整性和身份驗證的安全推動因素將通過未來的 MIPI 安全規范以及對 CSE 和 DSE 的更新添加到 MASS，預計將于 2022 年上半年發布。

用例示例

A-PHY和MASS將簡化圖像傳感器和顯示器的集成，并提供一種標準化的方法，將可靠性，安全性和安全性納入關鍵車輛系統。兩個示例用例說明了它們如何使這成為可能。

后置倒車攝像頭

在本例中，瞄準車輛后方的后置攝像頭將實時視頻傳送到高清顯示器，提醒駕駛員注意汽車路徑中的物體。相機使用 CSI-2 通過 A-PHY 將圖像數據直接流式傳輸到 ECU。ECU 處理數據后，直接通過 A-PHY 使用 DSI-2 或 VESA eDP/DP 將實時視頻流傳輸到儀表板顯示器。

A-PHY 和 MASS 允許將實時圖像數據從后備攝像頭傳輸到 ECU，在那里將其轉換為視頻流到儀表板顯示器。功能安全、安保和內容保護可以在每個階段實施。

車道保持攝像頭

在本例中，前置高分辨率 CSI-2 攝像頭可捕獲道路標記的實時圖像。在某些情況下，攝像頭模塊可能會做一些預處理來確定汽車在車道上的位置。它還使用 CSI-2 直接通過 A-PHY 將圖像數據傳輸到 ECU。ECU可以從多個傳感器獲取數據，并為ADAS或自動決策執行傳感器融合。

A-PHY 和 MASS 允許 ECU 從多個傳感器獲取數據，并為 ADAS 或自動決策執行傳感器融合。可以在每個階段實施功能安全、安保和內容保護。

在這兩個示例中，在鏈中的每個點都實現了功能安全和安保功能，以確保超低錯誤率和端到端保護，防止有意或無意的篡改。這些閉環 MASS 實現可確保圖像傳感器和顯示器可靠工作，而 A-PHY 的低延遲和高數據速率可在嚴格的時序要求下實現高質量的圖像傳輸。

廣泛的好處

A-PHY和MASS的引入為高速、非對稱、車載數據鏈路的標準化提供了機會，可以使汽車開發中的所有合作伙伴受益。

車輛設計人員將能夠利用完整的框架實現具有可靠性、彈性、功能安全性和安全性的端到端連接，從而顯著簡化集成過程，并使原始設備制造商和一級供應商能夠將工程成本攤銷到大量組件上。互操作性將擴大供應商、系統集成商和測試等服務提供商的生態系統，這將改善規模經濟并降低物料清單成本。簡化的集成將幫助汽車制造商更快地將新平臺和功能推向市場，以滿足不斷變化的消費者需求。最重要的是，標準的使用將使制造商能夠更多地關注創新的新功能，而不是開發不提供市場差異化的低層連接解決方案。

與計算和移動設備行業一樣，汽車行業可以使用這些行業標準作為平臺，在其開發的產品中提供持續的性能改進。

審核編輯：郭婷