借助MOST技術(shù)將攝像機系統無(wú)縫集成到ADAS中

ADAS正逐漸成為汽車(chē)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(chē)電動(dòng)/電子系統。與人體類(lèi)似，這需要實(shí)現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行器?？紤]到使用場(chǎng)景的復雜性和必須交換信息的不同車(chē)輛區域，足夠的網(wǎng)絡(luò )基礎設施對于系統效率的重要性不言而喻。從功能角度來(lái)看，駕駛員輔助系統已開(kāi)始不斷擴大傳統信息娛樂(lè )系統的范圍。

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

圖1：電動(dòng)/電子架構的演變

典型的新興駕駛員輔助應用包括：

- 停車(chē)輔助

- 碰撞警告

- 交通標志監視

- 車(chē)道偏離警告

- 高級車(chē)道引導

- 行人警告

- 夜視

- 自適應巡航控制

- 預碰撞警告

駕駛員輔助系統對網(wǎng)絡(luò )具有特殊要求。

特點(diǎn)包括：

- 控制、視頻、數據包和IP數據的傳輸

- 最高質(zhì)量的服務(wù)

- 硬實(shí)時(shí)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。

多通道方案

通常，駕駛員輔助系統必須處理各種傳感器數據。為了應對這種復雜性，常常需要尋找一種具有不同抽象層次和時(shí)序約束的分層方法。低層級中存在大量原始數據，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據。MOST技術(shù)的典型映射如圖2“MOST技術(shù)數據傳輸機制”所示。

圖2：MOST技術(shù)數據傳輸機制

多通道網(wǎng)絡(luò )系統能夠通過(guò)一個(gè)網(wǎng)絡(luò )并行使用包括控制數據、流數據和數據包數據在內的所有服務(wù)。必要時(shí)，可通過(guò)一種非常確定的方式輕松同步這些服務(wù)。

第3代MOST規范引入了速率達150 Mbps的MOST技術(shù)網(wǎng)絡(luò )。這一網(wǎng)絡(luò )支持IP數據通信，可提供符合IEEE 802.3標準的汽車(chē)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)議的應用開(kāi)放，包括無(wú)線(xiàn)移動(dòng)設備的無(wú)縫集成以及車(chē)到車(chē)及車(chē)到基礎設施間的通信。

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

適合攝像機系統集成的靈活星型拓撲

圖3顯示了一個(gè)基于MOST150網(wǎng)絡(luò )的多攝像機系統，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(gè)數據流帶寬可以單獨用于每個(gè)攝像機鏈路。攝像機系統可以擴展到八臺攝像機，總共使用1.2 Gbps的數據流帶寬。環(huán)視攝像機通過(guò)同軸電纜連接到星型拓撲的中央節點(diǎn)。

圖3：基于MOST技術(shù)網(wǎng)絡(luò )的多攝像機系統

360度汽車(chē)俯視系統(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(wàn)像素的分辨率和高動(dòng)態(tài)范圍。這類(lèi)攝像機以經(jīng)濟高效的設計為基礎，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(wú)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

圖5：俯視畫(huà)面

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

MOST150技術(shù)已經(jīng)過(guò)與德國TUV合作的相應研究的驗證。根據IEC 61508和ISO 26262標準，MOST150具有安全層概念，適用于故障安全應用。

使多個(gè)MOST150分支的帶寬倍增

位于中央節點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò )接口控制器具有多個(gè)端口，可為每個(gè)網(wǎng)絡(luò )分支分配最多150 Mbps的數據流帶寬?？墒褂冒ㄐ切?、環(huán)型、樹(shù)型或菊花鏈在內的任意拓撲建立不同的分支，并且可以在不影響系統其他部分的流數據傳輸的情況下熱插拔或斷開(kāi)這些分支。

低延時(shí)數據流

將視頻流從攝像機發(fā)送到渲染器意味著(zhù)將在很長(cháng)一段時(shí)間內傳輸大量的視頻數據。連續傳輸的數據流不能發(fā)生中斷或存在延遲。MOST技術(shù)通過(guò)保證帶寬和超低延時(shí)來(lái)傳輸數據流。它既不需要額外的通信處理器或尋址開(kāi)銷(xiāo)，也不存在將數據分拆到多個(gè)數據包中(隨后數據包每次沿路徑通過(guò)設備都需要進(jìn)行檢查)這種浪費帶寬的流程。

同軸電纜

利用同軸電纜，此解決方案能夠實(shí)現雙向通信并通過(guò)同一根電纜供電，因此可為ADAS汽車(chē)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)標準電纜。它本身提供屏蔽，并且是一種低成本的標準電纜和連接器。它采用自動(dòng)化接插件式結構，與屏蔽的銅線(xiàn)雙絞線(xiàn)相比，能夠實(shí)現更低的裝配成本。同軸方案通過(guò)EMC驗證，工作速度已高達數Gbps，這使其成為一種面向未來(lái)的物理層。

攝像機設計

圖6顯示了攝像機模塊的框圖。圖像傳感器直接連接到MOST接口。攝像機通過(guò)I2C和GPIO并利用遠程控制功能來(lái)進(jìn)行控制。視頻數據發(fā)送到MOST接口，隨后通過(guò)MOST網(wǎng)絡(luò )以最高服務(wù)質(zhì)量進(jìn)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節點(diǎn)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(xiàn)主器件的控制端口。I2C總線(xiàn)主器件管理著(zhù)圖像傳感器和其他板上從屬器件(如果存在)的讀寫(xiě)操作。I2C的讀寫(xiě)操作通過(guò)MOST控制通道遠程處理。此外，GPIO也通過(guò)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位引腳。GPIO事件將通過(guò)MOST網(wǎng)絡(luò )自動(dòng)進(jìn)行報告。俯視系統的電氣控制單元(ECU)中現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的ECU中可顯著(zhù)簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)過(guò)程，因為這種情況下只需要開(kāi)發(fā)和部署一個(gè)軟件實(shí)例。這種設備架構有助于優(yōu)化系統劃分、節省電路板空間甚至降低遠程設備的功耗。

穩定性和成熟度

如今，MOST技術(shù)已在150種上路行駛的車(chē)型中經(jīng)過(guò)穩定性驗證。采用最新的MOST150網(wǎng)絡(luò )的汽車(chē)也已從2012年開(kāi)始上路行駛。

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

- 通過(guò)TDMA機制實(shí)現確定性和超低延時(shí)

- MOST的數據流特性支持連續傳輸視頻數據流，無(wú)需數據打包或緩沖

- 最高質(zhì)量的服務(wù)

- 支持多種數據類(lèi)型：控制、數據包、數據流和IP數據

- 靈活的拓撲，如星型、菊花鏈和環(huán)型

- 經(jīng)驗證的車(chē)輛同軸物理層

結論

本文展示了MOST技術(shù)網(wǎng)絡(luò )可為攝像機系統(如俯視系統)提供最佳解決方案。多通道網(wǎng)絡(luò )方案支持通過(guò)同一鏈路并行傳輸控制消息、視頻數據流和對象列表等數據包數據。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)的數據流特性基于TDMA機制，支持實(shí)時(shí)數據流并可提供超低延時(shí)和最高質(zhì)量的服務(wù)。MOST技術(shù)可為每臺攝像機的數據流分配最高150 Mbps的帶寬，在俯視系統的ECU中，當使用由八臺攝像機組成的星型架構時(shí)，最多可使用1.2 Gbps的帶寬向中央處理器傳輸視頻數據。該技術(shù)使用經(jīng)驗證的汽車(chē)同軸電纜和連接器，并可通過(guò)同一根電纜供電。MOST技術(shù)已在150多種上路行駛的車(chē)型中得到應用，能夠為攝像機系統提供一種穩定且成熟的選擇。