借助MOST技術(shù)將攝像機(jī)系統(tǒng)無縫集成到ADAS中

 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(dòng)/電子系統(tǒng)。與人體類似，這需要實(shí)現(xiàn)大量功能并將這些功能聯(lián)網(wǎng)：例如攝像機(jī)、雷達(dá)和超聲波等傳感器以及處理單元和執(zhí)行器?？紤]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(duì)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(kuò)大傳統(tǒng)信息娛樂系統(tǒng)的范圍。

如圖1“電動(dòng)/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(dòng)/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(dòng)/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(jí)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(duì)網(wǎng)絡(luò)具有特殊要求。

特點(diǎn)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(shí)時(shí)確定性和低延遲

- 靈活的拓?fù)?，如星型、菊花鏈和環(huán)型

- 高帶寬

- 遠(yuǎn)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(xiàng)外，成本效率也是一項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)。

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(duì)這種復(fù)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(jí)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(jí)需要傳輸對(duì)象和屬性。最后，最高層級(jí)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(jī)制”所示。

圖2：MOST技術(shù)數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制

多通道網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能夠通過一個(gè)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(shí)，可通過一種非常確定的方式輕松同步這些服務(wù)。

第3代MOST規(guī)范引入了速率達(dá)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(dòng)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(jī)等駕駛員輔助應(yīng)用和傳感器的接口。

適合攝像機(jī)系統(tǒng)集成的靈活星型拓?fù)?/p>

圖3顯示了一個(gè)基于MOST150網(wǎng)絡(luò)的多攝像機(jī)系統(tǒng)，其中包括四臺(tái)高清晰度攝像機(jī)。最多可以為每臺(tái)攝像機(jī)的視頻流分配150 Mbps的帶寬。MOST150的整個(gè)數(shù)據(jù)流帶寬可以單獨(dú)用于每個(gè)攝像機(jī)鏈路。攝像機(jī)系統(tǒng)可以擴(kuò)展到八臺(tái)攝像機(jī)，總共使用1.2 Gbps的數(shù)據(jù)流帶寬。環(huán)視攝像機(jī)通過同軸電纜連接到星型拓?fù)涞闹醒牍?jié)點(diǎn)。

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

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(jī)，可提供一百萬像素的分辨率和高動(dòng)態(tài)范圍。這類攝像機(jī)以經(jīng)濟(jì)高效的設(shè)計(jì)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(yuǎn)程控制功能，無需存儲(chǔ)器芯片或額外的單片機(jī)即可運(yùn)行攝像機(jī)。

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(jī)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(shí)時(shí)的確定性和超低的視頻延遲(小于10毫秒)，因此可以完全滿足ADAS的需要。

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

使多個(gè)MOST150分支的帶寬倍增

位于中央節(jié)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(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?fù)浣⒉煌姆种?，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(shí)數(shù)據(jù)流

將視頻流從攝像機(jī)發(fā)送到渲染器意味著將在很長一段時(shí)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(shí)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(gè)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(jìn)行檢查)這種浪費(fèi)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(kuò)展的電氣物理層。同軸電纜是傳輸高頻信號(hào)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(dòng)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(yàn)證，工作速度已高達(dá)數(shù)Gbps，這使其成為一種面向未來的物理層。

攝像機(jī)設(shè)計(jì)

圖6顯示了攝像機(jī)模塊的框圖。圖像傳感器直接連接到MOST接口。攝像機(jī)通過I2C和GPIO并利用遠(yuǎn)程控制功能來進(jìn)行控制。視頻數(shù)據(jù)發(fā)送到MOST接口，隨后通過MOST網(wǎng)絡(luò)以最高服務(wù)質(zhì)量進(jìn)行傳輸。

圖6：攝像機(jī)框圖

遠(yuǎn)程控制功能

攝像機(jī)模塊利用了添加到MOST技術(shù)規(guī)范中的全新遠(yuǎn)程控制功能。這項(xiàng)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(jī)等外設(shè)節(jié)點(diǎn)中使用單片機(jī)和存儲(chǔ)器。例如，遠(yuǎn)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屬器件(如果存在)的讀寫操作。I2C的讀寫操作通過MOST控制通道遠(yuǎn)程處理。此外，GPIO也通過MOST技術(shù)控制通道遠(yuǎn)程處理。例如，它們可以用作攝像機(jī)中的復(fù)位引腳。GPIO事件將通過MOST網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)進(jìn)行報(bào)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(yùn)行所有攝像機(jī)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?yàn)檫@種情況下只需要開發(fā)和部署一個(gè)軟件實(shí)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(yuǎn)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(yàn)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(jì)高效的系統(tǒng)解決方案式方法，主要優(yōu)勢如下：

- 通過TDMA機(jī)制實(shí)現(xiàn)確定性和超低延時(shí)

- 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?fù)洌缧切?、菊花鏈和環(huán)型

- 經(jīng)驗(yàn)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(jī)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(duì)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?fù)湟约皟烧叩幕旌稀OST技術(shù)的數(shù)據(jù)流特性基于TDMA機(jī)制，支持實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)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(tái)攝像機(jī)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(tái)攝像機(jī)組成的星型架構(gòu)時(shí)，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(yàn)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?yàn)?strong>攝像機(jī)系統(tǒng)提供一種穩(wěn)定且成熟的選擇。