IDB-1394汽車網(wǎng)絡(luò)使車載信息娛樂(lè)更簡(jiǎn)單

目前人們對(duì)用于車載多媒體網(wǎng)絡(luò)的1394Automotive關(guān)注度越來(lái)越高，而且期望其在將來(lái)的汽車市場(chǎng)上通用。近年來(lái)各國(guó)視線逐漸轉(zhuǎn)向數(shù)字電視，有關(guān)高清的產(chǎn)品越來(lái)越多，再加上2013年Blu-Ray播放器將停止模擬輸出，使得1394Automotive得以應(yīng)用于愈來(lái)愈兇猛的車載網(wǎng)絡(luò)數(shù)字傳輸大潮中。正是因?yàn)轭A(yù)測(cè)未來(lái)對(duì)后座娛樂(lè)系統(tǒng)的需求，富士通微電子早在2005年就帶領(lǐng)其它供應(yīng)商引進(jìn)了1394Automotive控制器。

下面連接到網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備列表即可明白汽車網(wǎng)絡(luò)的帶寬要求（圖1）：

用于避免碰撞的視野攝像頭

GPS裝置

MP3播放器

高清晰度多媒體播放器和顯示器

游戲控制臺(tái)

能通過(guò)蜂窩和Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)網(wǎng)頁(yè)與發(fā)送電子郵件的個(gè)人電腦和其它設(shè)備

圖1：汽車網(wǎng)絡(luò)器件

這些設(shè)備之間的通訊需要大容量的帶寬網(wǎng)絡(luò)，并且將來(lái)吞吐量要求也會(huì)不斷提高。必須適當(dāng)處理流量，以便提供良好的服務(wù)質(zhì)量。該網(wǎng)絡(luò)采用的技術(shù)包括硬件和軟件兩部分。

1394汽車技術(shù)簡(jiǎn)介

1394高速傳輸技術(shù)的第一種標(biāo)準(zhǔn)是IEEE1394-1995，這個(gè)版本允許數(shù)據(jù)達(dá)到400Mbps，第二個(gè)版本是1394a-2000，它增加的功能例如異步數(shù)據(jù)流和串聯(lián)包。1394a-2000可以支持800Mps的數(shù)據(jù)速率。近年來(lái)，支持1600Mps和3200Mbps的也加入到這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中。1394汽車標(biāo)準(zhǔn)1394b-2000已經(jīng)在2000年得到批準(zhǔn)。

1394標(biāo)準(zhǔn)包含2種數(shù)據(jù)通信：同步和異步。同步數(shù)據(jù)（視頻和音頻）要保證及時(shí)性，但不保證送達(dá)。如果遲到，則這類數(shù)據(jù)的本質(zhì)讓它成了無(wú)用數(shù)據(jù)，但是可以丟棄某些數(shù)據(jù)而不會(huì)產(chǎn)生重大問(wèn)題。1394規(guī)范分配了125s的周期時(shí)隙來(lái)發(fā)送同步數(shù)據(jù)。

另一方面，異步數(shù)據(jù)要保證送達(dá)，但不保證及時(shí)性。這類數(shù)據(jù)必須到達(dá)目的地，但是時(shí)間不重要。如果未能送達(dá)，節(jié)點(diǎn)則會(huì)重新發(fā)送數(shù)據(jù)。

1394協(xié)議堆棧見圖2，由事物處理層、鏈路層和物理層組成。在1394控制器IC中，在軟件中實(shí)現(xiàn)事物處理層，在軟件或硬件中實(shí)現(xiàn)鏈路層，在硬件中實(shí)現(xiàn)物理層。

圖2：IEEE1394協(xié)議堆棧

1394汽車技術(shù)與競(jìng)爭(zhēng)技術(shù)對(duì)比

了解1394汽車技術(shù)的最簡(jiǎn)便方法是將其與替代技術(shù)進(jìn)行對(duì)比。跟1394技術(shù)相比，MOST150（MOST速度最高的版本）和千兆位級(jí)以太網(wǎng)的劣勢(shì)很明顯，如下所述。這些劣勢(shì)包含在市面上的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)和IC實(shí)現(xiàn)。

MOST150的劣勢(shì)

缺乏DTCP

內(nèi)容保護(hù)是汽車數(shù)字多媒體網(wǎng)絡(luò)必須具備的特性，并且數(shù)字傳輸內(nèi)容保護(hù)（DTCP）是實(shí)現(xiàn)這種功能的主要技術(shù)。由于MOST150產(chǎn)品缺乏這種特性，所以MOST網(wǎng)絡(luò)需要其它器件來(lái)實(shí)現(xiàn)內(nèi)容保護(hù)（圖3）。

圖3MOST150沒(méi)有DTCP在存儲(chǔ)媒體的內(nèi)容保護(hù)

缺乏內(nèi)容保護(hù)導(dǎo)致了硬件成本和其它軟件支持成本的增加。并且，即使使用外部DTCP器件，也只能在網(wǎng)絡(luò)而不是存儲(chǔ)媒體（HDD等）上保護(hù)MOST150系統(tǒng)中的多媒體內(nèi)容。

相反，1394汽車IC具有內(nèi)置式DTCP。這種方法可將硬件和軟件成本最小化，同時(shí)還能保證全面保護(hù)數(shù)據(jù)。

總線速度低

MOST150網(wǎng)絡(luò)只能夠?qū)崿F(xiàn)150Mbps的速度，這只是當(dāng)今的1394汽車器件的800Mbps總線速度的一小部分。將來(lái)，1394器件的總線速度預(yù)計(jì)會(huì)加倍。
需要外部數(shù)據(jù)壓縮

為了補(bǔ)償總線速度低的不足，MOST150網(wǎng)絡(luò)可以通過(guò)使用數(shù)據(jù)壓縮將數(shù)據(jù)吞吐量提高到可以與1394汽車網(wǎng)絡(luò)相媲美的水平。這種方案需要外部編解碼器來(lái)壓縮和解壓縮多媒體數(shù)據(jù)，從而產(chǎn)生了2個(gè)問(wèn)題。

首先，實(shí)現(xiàn)多媒體壓縮和解壓縮（如MPEG2-TS）需要典型器件，而這些器件會(huì)使延遲大幅增加–可能高達(dá)400ms。因此，驅(qū)動(dòng)器會(huì)發(fā)現(xiàn)視野照相機(jī)視頻中出現(xiàn)了顯著延遲。在用戶快進(jìn)DVD時(shí)，壓縮/解壓縮延遲還會(huì)導(dǎo)致重大延遲（圖4）。

圖4：外部多媒體編解碼器導(dǎo)致MOST150網(wǎng)絡(luò)發(fā)生重大延遲

第二個(gè)問(wèn)題是使用外部編解碼器產(chǎn)生的成本問(wèn)題。伴隨編解碼器的是設(shè)計(jì)需要外部幀存儲(chǔ)器來(lái)緩沖視頻。事實(shí)上，MOST150設(shè)計(jì)需要的芯片器件可能多達(dá)8個(gè)。

由于1394汽車網(wǎng)絡(luò)的總線速度高得多，所以根本無(wú)需壓縮。然而，如果預(yù)期的帶寬要求極高，設(shè)計(jì)則可以利用內(nèi)置到富士通1394汽車器件中的編解碼器來(lái)實(shí)現(xiàn)低延遲和低成本。我們認(rèn)為，這些內(nèi)置式編解碼器可以將延遲保持在4ms，并且只需2塊芯片即可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)。

1394汽車和MOST150所需的器件數(shù)量對(duì)比見圖5。

圖5：器件對(duì)比

軟件

由于少數(shù)公司控制著MOST技術(shù)，所以只有少量的公司掌握著該多媒體總線的軟件專業(yè)知識(shí)。因此，MOST系統(tǒng)的軟件開發(fā)成本較高，并且系統(tǒng)集成商也只能控制有限的軟件。

千兆位級(jí)以太網(wǎng)的劣勢(shì)

缺乏集成式DTCP

與MOST一樣，以太網(wǎng)控制器缺乏集成式DTCP功能。用于實(shí)現(xiàn)外部DTCP功能的其它元件增加了成本，并且損害了存儲(chǔ)器件內(nèi)的數(shù)據(jù)保護(hù)。

可能的外部編解碼器

雖然千兆位級(jí)以太網(wǎng)的帶寬比MOST150的高得多，但是不斷增加的帶寬需求（如用于高清晰度視頻）最終可能會(huì)迫使以太網(wǎng)使用數(shù)據(jù)壓縮。由于以太網(wǎng)控制器缺乏集成式編解碼器，所以會(huì)要求使用外部元件，因此增加了所需芯片的數(shù)量和成本。

無(wú)內(nèi)在服務(wù)質(zhì)量（QoS）

以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)不包含QoS規(guī)定。要實(shí)現(xiàn)與1394汽車網(wǎng)絡(luò)同等的QoS水平，以太網(wǎng)需要其它軟件開銷、存儲(chǔ)器緩沖器和時(shí)間戳電路。要保證實(shí)現(xiàn)可靠的視頻和音頻數(shù)據(jù)通信，這些是必須的。

分立PHY和LINK器件的成本

大多數(shù)以太網(wǎng)媒體訪問(wèn)控制器需要外部PHY芯片。雖然這些芯片不貴，但系統(tǒng)總成本仍然高于1394汽車網(wǎng)絡(luò)。

高CPU要求的成本

由于以太網(wǎng)不具備固有多媒體功能，所以外部CPU必須提供大量輔助功能。特別是，CPU必須截取和分析來(lái)自于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)包，并將它們發(fā)送給適當(dāng)?shù)钠骷?lái)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成音頻和視頻。這種處理顯著提高了通過(guò)以太網(wǎng)提供多媒體支持的CPU要求。

軟件成本

跟以太網(wǎng)需要大量CPU支持來(lái)處理多媒體內(nèi)容一樣，網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)需要大量軟件來(lái)可靠地實(shí)現(xiàn)這些功能。提供許多以太網(wǎng)軟件，但是由于需要獲得使用權(quán)，所以極大地增加了許可成本。

MB88395：主要特性

富士通推出的最新1394汽車串行總線控制器–MB88395–符合IEEE標(biāo)準(zhǔn)1394b-2008的要求。芯片將PHY和LINK層整合到了單芯片解決方案中，并且具有2個(gè)用于實(shí)現(xiàn)1394電纜連接的端口。它還整合了DTCP協(xié)議?；贗DB-1394車載多媒體網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，能夠?qū)崿F(xiàn)高清（HD）（1,280點(diǎn)×720行）視頻傳輸，還能同時(shí)在汽車上傳輸多個(gè)流，例如從Blu-RayDVD傳輸高清視頻、數(shù)字電視、音頻和汽車導(dǎo)航圖片。而能實(shí)現(xiàn)這些功能，是因?yàn)榇丝钚酒昧烁咚?00Mbps物理層(1)及具有富士通自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的SmartCODEC（能夠高速壓縮）進(jìn)行高清視頻傳輸，無(wú)顯著滯后，從而不僅為后座乘客帶來(lái)了豐富的高清體驗(yàn)，還降低了車載多媒體網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)成本達(dá)30%，同時(shí)還使線束（電纜）數(shù)量減少70%，進(jìn)一步減輕了車身重量，提高了燃油效率。

如圖6所示，器件具有MPU/DMA或用于實(shí)現(xiàn)主控制的串行接口。跟早期的1394控制器一樣，新芯片所有功能的硬件加速允許將低MIPSMCU用作主處理器來(lái)控制器件。為同步和異步數(shù)據(jù)提供了2條內(nèi)部通道。同步通道如圖6下半部分所示。

圖6：MB883951394汽車控制器

新型控制器的關(guān)鍵性能在于其物理層能夠兼容1394Automotive的800Mbps規(guī)格（這是以往產(chǎn)品速度400Mbps的兩倍），而且在于其SmartCODEC視頻壓縮編解碼器版本具有更高的壓縮速度，能把視頻壓縮至原先容量的1/4，而以往產(chǎn)品僅能壓縮至1/3。SmartCODEC由富士通實(shí)驗(yàn)室開發(fā)，并用于基于IEEE-1394的BT.601傳輸(2)標(biāo)準(zhǔn)。它能在2~3ms內(nèi)壓縮/解壓縮高分辨率視頻，而且在前后座顯示器觀看同一內(nèi)容不會(huì)產(chǎn)生任何時(shí)間滯后或者內(nèi)容不同步問(wèn)題。

產(chǎn)品的關(guān)鍵性能使其具有能夠傳輸Blu-RayDVD、數(shù)字電視的高清視頻及高分辨率導(dǎo)航圖片，而且不會(huì)產(chǎn)生任何顯著的時(shí)間滯后，從而成為世上首款基于1394Automotive處理多個(gè)高清視頻流和導(dǎo)航圖片的芯片。例如，Blu-RayDVD上已解壓縮的高清視頻流（1,280點(diǎn)×720行）的處理速度為885Mbps。使用SmartCODEC可以把容量壓縮為原先的1/4，速度變?yōu)?49Mbps，所以兩路信道可以在800Mbps的帶寬上傳輸，而不能在400Mbps產(chǎn)品上進(jìn)行。

SmartCODEC框圖見圖7。該功能模塊利用預(yù)測(cè)編碼相鄰像素相關(guān)技術(shù)來(lái)進(jìn)行視頻壓縮。

圖7：SmartCODEC框圖

圖8MB88395應(yīng)用于汽車娛樂(lè)系統(tǒng)

結(jié)論

我們認(rèn)為，1394汽車標(biāo)準(zhǔn)的帶寬、靈活性、經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)特性都滿足現(xiàn)在和將來(lái)信息娛樂(lè)網(wǎng)絡(luò)的要求。富士通MB88395控制器代表了1394為汽車行業(yè)帶來(lái)的所有優(yōu)勢(shì)，并且還提供了大量新增功能，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)了成本最小化。

注：

(1)物理層:OSI基本參照模型所定義的7層傳輸功能的第一層。物理層是網(wǎng)絡(luò)硬件的重要組成部分，可以傳輸位數(shù)組。

(2)基于IEEE-1394的BT.601傳輸:由1394貿(mào)易協(xié)會(huì)發(fā)布的傳輸協(xié)議，用于基于IDB-1394發(fā)送BT.601視頻流（如YUV、RGB等）。