藉助MOST技術將攝像機系統無縫集成到ADAS中

2021-01-10 電子產品世界

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。與人體類似，這需要實現大量功能並將這些功能聯網：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。考慮到使用場景的複雜性和必須交換信息的不同車輛區域，足夠的網絡基礎設施對於系統效率的重要性不言而喻。從功能角度來看，駕駛員輔助系統已開始不斷擴大傳統信息娛樂系統的範圍。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201808/388152.htm

如圖1「電動/電子架構的演變」中所示，駕駛員輔助領域正逐漸成為電動/電子生態系統中不可或缺的一部分。ADAS和信息娛樂系統將在未來協同發展。

圖1：電動/電子架構的演變

典型的新興駕駛員輔助應用包括：

- 停車輔助

- 碰撞警告

- 交通標誌監視

- 車道偏離警告

- 高級車道引導

- 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絡具有特殊要求。

特點包括：

- 控制、視頻、數據包和IP數據的傳輸

- 最高質量的服務

- 硬實時確定性和低延遲

- 靈活的拓撲，如星型、菊花鏈和環型

- 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。為了應對這種複雜性，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。最後，最高層級將給出解析後的數據。MOST技術的典型映射如圖2「MOST技術數據傳輸機制」所示。

圖2：MOST技術數據傳輸機制

多通道網絡系統能夠通過一個網絡並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。必要時，可通過一種非常確定的方式輕鬆同步這些服務。

第3代MOST規範引入了速率達150 Mbps的MOST技術網絡。這一網絡支持IP數據通信，可提供符合IEEE 802.3標準的汽車即用型乙太網通道，通道帶寬可在0到近150 Mbps範圍自由配置。MOST技術向各種基於IP協議的應用開放，包括無線行動裝置的無縫集成以及車到車及車到基礎設施間的通信。

MOST技術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顯示了一個基於MOST150網絡的多攝像機系統，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的整個數據流帶寬可以單獨用於每個攝像機鏈路。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。環視攝像機通過同軸電纜連接到星型拓撲的中央節點。

圖3：基於MOST技術網絡的多攝像機系統

360度汽車俯視系統(圖4和圖5)使用了採用MOST技術接口的小型攝像機，可提供一百萬像素的解析度和高動態範圍。這類攝像機以經濟高效的設計為基礎，由圖像傳感器晶片和MOST技術接口晶片組成。利用遠程控制功能，無需存儲器晶片或額外的單片機即可運行攝像機。

圖4：基於MOST150同軸電纜的俯視演示系統

圖5：俯視畫面

憑藉TDMA機制帶來的固有同步性，MOST技術多通道網絡方案可確保實時的確定性和超低的視頻延遲(小於10毫秒)，因此可以完全滿足ADAS的需要。

MOST150技術已經過與德國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，適用於故障安全應用。

使多個MOST150分支的帶寬倍增

位於中央節點的網絡接口控制器具有多個埠，可為每個網絡分支分配最多150 Mbps的數據流帶寬。可使用包括星型、環型、樹型或菊花鏈在內的任意拓撲建立不同的分支，並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這些分支。

低延時數據流

將視頻流從攝像機發送到渲染器意味著將在很長一段時間內傳輸大量的視頻數據。連續傳輸的數據流不能發生中斷或存在延遲。MOST技術通過保證帶寬和超低延時來傳輸數據流。它既不需要額外的通信處理器或尋址開銷，也不存在將數據分拆到多個數據包中(隨後數據包每次沿路徑通過設備都需要進行檢查)這種浪費帶寬的流程。

同軸電纜

利用同軸電纜，此解決方案能夠實現雙向通信並通過同一根電纜供電，因此可為ADAS汽車領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標準電纜。它本身提供屏蔽，並且是一種低成本的標準電纜和連接器。它採用自動化接插件式結構，與屏蔽的銅線雙絞線相比，能夠實現更低的裝配成本。同軸方案通過EMC驗證，工作速度已高達數Gbps，這使其成為一種面向未來的物理層。

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I2C和GPIO並利用遠程控制功能來進行控制。視頻數據發送到MOST接口，隨後通過MOST網絡以最高服務質量進行傳輸。

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技術規範中的全新遠程控制功能。這項新功能可減少軟體堆棧，軟體堆棧通常需要在顯示屏和攝像機等外設節點中使用單片機和存儲器。例如，遠程控制功能支持用作I2C總線主器件的控制埠。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控制通道遠程處理。此外，GPIO也通過MOST技術控制通道遠程處理。例如，它們可以用作攝像機中的復位引腳。GPIO事件將通過MOST網絡自動進行報告。俯視系統的電氣控制單元(ECU)中現有的處理能力用於運行所有攝像機的控制軟體。

將所有控制軟體集中到俯視系統的ECU中可顯著簡化開發過程，因為這種情況下只需要開發和部署一個軟體實例。這種設備架構有助於優化系統劃分、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技術已在150種上路行駛的車型中經過穩定性驗證。採用最新的MOST150網絡的汽車也已從2012年開始上路行駛。

MOST技術為ADAS提供了一種經濟高效的系統解決方案式方法，主要優勢如下：

- 通過TDMA機制實現確定性和超低延時

- MOST的數據流特性支持連續傳輸視頻數據流，無需數據打包或緩衝

- 最高質量的服務

- 支持多種數據類型：控制、數據包、數據流和IP數據

- 靈活的拓撲，如星型、菊花鏈和環型

- 經驗證的車輛同軸物理層

結論

本文展示了MOST技術網絡可為攝像機系統(如俯視系統)提供最佳解決方案。多通道網絡方案支持通過同一鏈路並行傳輸控制消息、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型拓撲以及兩者的混合。MOST技術的數據流特性基於TDMA機制，支持實時數據流並可提供超低延時和最高質量的服務。MOST技術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，最多可使用1.2 Gbps的帶寬向中央處理器傳輸視頻數據。該技術使用經驗證的汽車同軸電纜和連接器，並可通過同一根電纜供電。MOST技術已在150多種上路行駛的車型中得到應用，能夠為攝像機系統提供一種穩定且成熟的選擇。

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