用于 ADAS 中攝像機系統(tǒng)的 MOST技術(shù)網(wǎng)絡(luò)方案

本文介紹了如何將攝像機系統(tǒng)無縫集成到高級駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)中。MOST 技術(shù) 基于采用基本的時分多址(TDMA)機制、具有靈活的星型拓撲并提供遠程控制功能的 多通道網(wǎng)絡(luò)方案，從系統(tǒng)解決方案角度來看，這種技術(shù)是最佳選擇。

ADAS 正逐漸成為汽車中不可或缺的一部分——其接口可以連接到許多不同集群的汽 車電動/電子系統(tǒng)。與人體類似，這需要實現(xiàn)大量功能并將這些功能聯(lián)網(wǎng)：例如攝像機、 雷達和超聲波等傳感器以及處理單元和執(zhí)行器。考慮到使用場景的復(fù)雜性和必須交換信 息的不同車輛區(qū)域，足夠的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施對于系統(tǒng)效率的重要性不言而喻。從功能角度 來看，駕駛員輔助系統(tǒng)已開始不斷擴大傳統(tǒng)信息娛樂系統(tǒng)的范圍。

如圖 1“電動/電子架構(gòu)的演變”中所示，駕駛員輔助領(lǐng)域正逐漸成為電動/電子生態(tài)系 統(tǒng)中不可或缺的一部分。ADAS 和信息娛樂系統(tǒng)將在未來協(xié)同發(fā)展。

圖 1：電動/電子架構(gòu)的演變

典型的新興駕駛員輔助應(yīng)用包括：

- 停車輔助

- 碰撞警告

- 交通標(biāo)志監(jiān)視

- 車道偏離警告

- 高級車道引導(dǎo)

- 行人警告

- 夜視

- 自適應(yīng)巡航控制

- 預(yù)碰撞警告

駕駛員輔助系統(tǒng)對網(wǎng)絡(luò)具有特殊要求。 特點包括：

- 控制、視頻、數(shù)據(jù)包和 IP 數(shù)據(jù)的傳輸

- 最高質(zhì)量的服務(wù) - 硬實時確定性和低延遲

- 靈活的拓撲，如星型、菊花鏈和環(huán)型

- 高帶寬

- 遠程控制功能

- 安全性方面

- 穩(wěn)定性和成熟度

除上面列出的各項外，成本效率也是一項關(guān)鍵指標(biāo)。

下一部分會說明采用基本的 TDMA 機制的多通道網(wǎng)絡(luò)方案是一種絕佳的選擇。

多通道方案

通常，駕駛員輔助系統(tǒng)必須處理各種傳感器數(shù)據(jù)。為了應(yīng)對這種復(fù)雜性，常常需要尋找 一種具有不同抽象層次和時序約束的分層方法。低層級中存在大量原始數(shù)據(jù)，這便需要 較高的帶寬和一致而快速的傳輸。中層級需要傳輸對象和屬性。最后，最高層級將給出 解析后的數(shù)據(jù)。MOST 技術(shù)的典型映射如圖 2“MOST 技術(shù)數(shù)據(jù)傳輸機制”所示。

多通道網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能夠通過一個網(wǎng)絡(luò)并行使用包括控制數(shù)據(jù)、流數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)在內(nèi)的 所有服務(wù)。必要時，可通過一種非常確定的方式輕松同步這些服務(wù)。

圖 2：MOST技術(shù)數(shù)據(jù)傳輸機制

第 3 代 MOST 規(guī)范[1]引入了速率達 150 Mbps 的 MOST 技術(shù)網(wǎng)絡(luò)。這一網(wǎng)絡(luò)支持 IP 數(shù)據(jù)通信，可提供符合 IEEE 802.3 標(biāo)準(zhǔn)的汽車即用型以太網(wǎng)通道，通道帶寬可在 0 到 近 150 Mbps 范圍自由配置。MOST 技術(shù)向各種基于 IP 協(xié)議的應(yīng)用開放，包括無線移 動設(shè)備的無縫集成以及車到車及車到基礎(chǔ)設(shè)施間的通信。

MOST 技術(shù)框架和功能模塊概念包含明確的應(yīng)用編程接口，能夠標(biāo)準(zhǔn)化攝像機等駕駛 員輔助應(yīng)用和傳感器的接口。

適合攝像機系統(tǒng)集成的靈活星型拓撲

圖 3：基于 MOST技術(shù)網(wǎng)絡(luò)的多攝像機系統(tǒng)

圖 3 顯示了一個基于 MOST150 網(wǎng)絡(luò)的多攝像機系統(tǒng)，其中包括四臺高清晰度攝像機。 最多可以為每臺攝像機的視頻流分配 150 Mbps 的帶寬。MOST150 的整個數(shù)據(jù)流帶寬 可以單獨用于每個攝像機鏈路。攝像機系統(tǒng)可以擴展到八臺攝像機，總共使用 1.2 Gbps 的數(shù)據(jù)流帶寬。環(huán)視攝像機通過同軸電纜連接到星型拓撲的中央節(jié)點。

360 度汽車俯視系統(tǒng)(圖 4 和圖 5)使用了采用 MOST 技術(shù)接口的小型攝像機，可提 供一百萬像素的分辨率和高動態(tài)范圍。這類攝像機以經(jīng)濟高效的設(shè)計為基礎(chǔ)，由圖像傳 感器芯片和 MOST 技術(shù)接口芯片組成。利用遠程控制功能，無需存儲器芯片或額外的 單片機即可運行攝像機。

圖 4：基于 MOST150 同軸電纜的俯視演示系統(tǒng)

圖 5：俯視畫面

憑借 TDMA 機制帶來的固有同步性，MOST 技術(shù)多通道網(wǎng)絡(luò)方案可確保實時的確定性。和超低的視頻延時(小于 10 毫秒)，因此可以完全滿足 ADAS 的需要。

MOST150 技術(shù)已經(jīng)過與德國 TV 合作的相應(yīng)研究[2]的驗證。根據(jù) IEC 61508 和 ISO 26262 標(biāo)準(zhǔn)[3]，MOST150 具有安全層概念，適用于故障安全應(yīng)用。

使多個 MOST150 分支的帶寬倍增

位于中央節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)接口控制器具有多個端口，可為每個網(wǎng)絡(luò)分支分配最多 150 Mbps 的數(shù)據(jù)流帶寬。可使用包括星型、環(huán)型、樹型或菊花鏈在內(nèi)的任意拓撲建立不同的分支， 并且可以在不影響系統(tǒng)其他部分的流數(shù)據(jù)傳輸?shù)那闆r下熱插拔或斷開這些分支。

低延時數(shù)據(jù)流

將視頻流從攝像機發(fā)送到渲染器意味著將在很長一段時間內(nèi)傳輸大量的視頻數(shù)據(jù)。連續(xù) 傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流不能發(fā)生中斷或存在延遲。MOST 技術(shù)通過保證帶寬和超低延時來傳輸 數(shù)據(jù)流。它既不需要額外的通信處理器或?qū)ぶ烽_銷，也不存在將數(shù)據(jù)分拆到多個數(shù)據(jù)包 中(隨后數(shù)據(jù)包每次沿路徑通過設(shè)備都需要進行檢查)這種浪費帶寬的流程。

同軸電纜

利用同軸電纜，此解決方案能夠?qū)崿F(xiàn)雙向通信并通過同一根電纜供電，因此可為 ADAS 汽車領(lǐng)域提供可擴展的電氣物理層。同軸電纜是傳輸高頻信號的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)電纜。它本身 提供屏蔽，并且是一種低成本的標(biāo)準(zhǔn)電纜和連接器。它采用自動化接插件式結(jié)構(gòu)，與屏 蔽的銅線雙絞線相比，能夠?qū)崿F(xiàn)更低的裝配成本。同軸方案通過 EMC 驗證，工作速度 已高達數(shù) Gbps，這使其成為一種面向未來的物理層。[!--empirenews.page--]

攝像機設(shè)計

圖 6 顯示了攝像機模塊的框圖。圖像傳感器直接連接到 MOST 技術(shù)接口。攝像機通過 I 2C和通用輸入/輸出(GPIO)并利用遠程控制功能來進行控制。視頻數(shù)據(jù)發(fā)送到 MOST 技術(shù)接口，隨后通過 MOST 技術(shù)網(wǎng)絡(luò)以最高服務(wù)質(zhì)量進行傳輸。

圖 6：攝像機框圖

遠程控制功能

攝像機模塊利用了添加到 MOST 技術(shù)規(guī)范中的全新遠程控制功能。這項新功能可減少 軟件堆棧，軟件堆棧通常需要在顯示屏和攝像機等外設(shè)節(jié)點中使用單片機和存儲器。例 如，遠程控制功能支持用作 I2C 總線主器件的控制端口。I2C 總線主器件管理著圖像傳 感器和其他板上從器件(如果存在)的讀寫操作。I2C 的讀寫操作通過 MOST 控制通道 遠程處理。此外，GPIO 也通過 MOST 技術(shù)控制通道遠程處理。例如，它們可以用作 攝像機中的復(fù)位引腳。GPIO 事件將通過 MOST 網(wǎng)絡(luò)自動進行報告。俯視系統(tǒng)的電氣 控制單元(ECU)中現(xiàn)有的處理能力用于運行所有攝像機的控制軟件。

將所有控制軟件集中到俯視系統(tǒng)的 ECU 中可顯著簡化開發(fā)過程，因為這種情況下只需 要開發(fā)和部署一個軟件實例。這種設(shè)備架構(gòu)有助于優(yōu)化系統(tǒng)劃分、節(jié)省電路板空間甚至 降低遠程設(shè)備的功耗。

穩(wěn)定性和成熟度

如今，MOST 技術(shù)已在 150 種上路行駛的車型中經(jīng)過穩(wěn)定性驗證。采用最新的 MOST150 網(wǎng)絡(luò)的汽車也已從 2012 年開始上路行駛。

MOST 技術(shù)為 ADAS 提供了一種經(jīng)濟高效的系統(tǒng)解決方案式方法，主要優(yōu)勢如下：

- 通過 TDMA 機制實現(xiàn)確定性和超低延時

- MOST 的數(shù)據(jù)流特性支持連續(xù)傳輸視頻數(shù)據(jù)流，無需數(shù)據(jù)打包或緩沖 - 最高質(zhì)量的服務(wù)

- 支持多種數(shù)據(jù)類型：控制、數(shù)據(jù)包、數(shù)據(jù)流和 IP 數(shù)據(jù)

- 靈活的拓撲，如星型、菊花鏈和環(huán)型 - 經(jīng)驗證的車輛同軸物理層

結(jié)論

本文展示了 MOST 技術(shù)網(wǎng)絡(luò)可為攝像機系統(tǒng)(如俯視系統(tǒng))提供最佳解決方案。多通 道網(wǎng)絡(luò)方案支持通過同一鏈路并行傳輸控制消息、視頻數(shù)據(jù)流和對象列表等數(shù)據(jù)包數(shù) 據(jù)。靈活的框架支持星型和環(huán)型拓撲以及兩者的混合。MOST 技術(shù)的數(shù)據(jù)流特性基于 TDMA 機制，支持實時數(shù)據(jù)流并可提供超低延時和最高質(zhì)量的服務(wù)。MOST 技術(shù)可為 每臺攝像機的數(shù)據(jù)流分配最高 150 Mbps 的帶寬，在俯視系統(tǒng)的 ECU 中，當(dāng)使用由八 臺攝像機組成的星型架構(gòu)時，最多可使用 1.2 Gbps 的帶寬向中央處理器傳輸視頻數(shù) 據(jù)。該技術(shù)使用經(jīng)驗證的汽車同軸電纜和連接器，并可通過同一根電纜供電。MOST技術(shù)已在 150 多種上路行駛的車型中得到應(yīng)用，能夠為攝像機系統(tǒng)提供一種穩(wěn)定且成 熟的選擇。