MIPI協(xié)議

未來汽車領域的發(fā)展愿景令人憧憬，其背后的驅動技術也因此備受關注。如今，傳感器對于下一代汽車視覺與安全的發(fā)展至關重要，畢竟駕駛者和乘客的出行安全都依賴于這些傳感器。傳感器催生了眾多基于人工智能（AI）的應用，其中就包括高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS），涵蓋自動緊急制動、車道保持、全景環(huán)視，乃至最終推動自動駕駛的實現(xiàn)。例如，Waymo的自動駕駛出租車系統(tǒng)使用到多達29個圖像傳感器，而普通的消費級汽車視覺系統(tǒng)可能只使用了10到20個。

如今，新型的復雜汽車電子產品對片上系統(tǒng)（SoC）提出了更高要求，需要整合更多的顯示屏和傳感器技術，包括成像攝像頭、激光雷達、雷達、超聲波以及紅外技術。

移動通訊和汽車市場持續(xù)推動著嵌入式顯示屏的創(chuàng)新。更高分辨率、120Hz以上刷新率的可折疊顯示屏實際上已逐步應用進實際產品中。這些變化正展現(xiàn)了移動產業(yè)處理器接口（MIPI）協(xié)議等接口的價值和技術優(yōu)勢。MIPI協(xié)議在移動通訊領域取得的成功正逐漸延伸到汽車應用領域，助力滿足汽車攝像頭和顯示屏的特定需求。

1加速邁向集中化

過去，分布式電子控制單元（ECU）主導著汽車行業(yè)的發(fā)展，每個ECU各司其職，負責執(zhí)行特定的應用功能。在基于域的應用中，ADAS或信息娛樂系統(tǒng)等各類應用均在獨立的域ECU中運行。

將多個應用集中到單個域控制器上，無疑提高了對應用的性能要求。而當下行業(yè)趨勢正在朝著區(qū)域架構演變，這將促使應用進一步集中化。大眾汽車就明確表示，將此趨勢視為其區(qū)域架構轉型的關鍵部分，有望簡化車載網絡架構，但同時也會加大SoC的開發(fā)難度。

車輛設計越來越傾向于整合不同類型的傳感器，以此充分發(fā)揮其各自優(yōu)勢，彌補短板。以自動緊急制動為例，需要識別道路上的各種物體，不管是行人、自行車，還是云層投下的陰影。這要求處理性能高達每秒1,000萬億次運算（TOPS），體現(xiàn)出巨大的處理需求。

2MIPI協(xié)議：強大的連接紐帶

若沒有MIPI協(xié)議，上述技術進步難以實現(xiàn)。MIPI聯(lián)盟提供一系列顯示和攝像頭接口，覆蓋從基礎連接到復雜的多圖像傳感器與顯示連接，同時滿足帶寬、功耗和實施成本等核心需求。汽車行業(yè)采用這些規(guī)范可利用規(guī)模經濟降低成本并提升性能。

MIPI協(xié)議實現(xiàn)了傳感器與應用處理器之間連接的橋梁。提供汽車環(huán)視功能的圖像傳感器，需要捕捉從強光到極暗再到LED 閃爍的多種場景。為解析這些場景并優(yōu)化車輛性能與安全，圖像傳感器的數(shù)據(jù)需與其他傳感器的數(shù)據(jù)整合。例如，熱成像、雷達和超聲波傳感器都有助于增強盲點檢測；圖像、熱成像與雷達傳感器協(xié)同，比單一圖像傳感器更能實現(xiàn)防撞功能。傳感器數(shù)據(jù)越豐富，傳感器融合的機會就越多，用戶所能獲得的功能就越專業(yè)化。

MIPI攝像頭串行接口協(xié)議2（CSI-2）支持傳感器融合，該技術已在全球數(shù)十億移動設備中應用。不僅在移動通訊領域獲得驗證，還超出手持設備，成為了視覺應用平臺。MIPI CSI-2專為成像應用進行了優(yōu)化并實現(xiàn)低功耗，這對同時使用大量傳感器的汽車行業(yè)尤為關鍵。

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多年來，MIPI CSI-2協(xié)議不斷演進，其中虛擬通道能夠識別來自不同源的載荷。對于ADAS等需使用多個圖像傳感器的應用，或者需要區(qū)分同一傳感器多次曝光的場景尤為重要。

應用捕捉圖像或處理信息的速度越快，決策速度就越快（例如判斷何時剎車的場景）。隨著圖像傳感器像素的提升，所需帶寬也隨之增加。MIPI物理層（PHY）可滿足這一需求：四通道D-PHY v2.1端口可支持每秒18千兆比特（Gbps）的傳輸速率，而C-PHY v2.0可處理高達44.5Gbps，以低功耗和較少引腳數(shù)實現(xiàn)高速傳輸。

3汽車安全新高度

MIPI聯(lián)盟專注于滿足汽車法規(guī)要求，并升級協(xié)議以符合功能安全標準ISO 26262。CSI-2 4.0新增了以傳輸魯棒性為核心的安全功能，例如識別并糾正丟失的像素，這對于依賴傳感器數(shù)據(jù)準確性的行駛車輛來說至關重要。

▲圖3：MIPI D-PHY實現(xiàn)展示了數(shù)據(jù)通道旁的專用時鐘通道

此外，相關部件也在不斷提升。汽車行業(yè)要求部件能使用15年，等同于一輛普通車輛的使用年限，且能承受極端溫度和振動。ISO 26262標準提高了汽車設備開發(fā)過程的安全標準，需預先制定安全計劃并確保合規(guī)。AEC-Q100標準還提高了開發(fā)要求，明確了汽車設備（包括IP和SoC）必須達到的質量和可靠性水平。

4需要全面的汽車級MIPI IP

在SoC層面，ISO 26262標準要求更高級別的實現(xiàn)。一種方式是將安全管理處理器獨立于應用處理器，通過專門部署安全管理功能，汽車制造商可實時監(jiān)測并響應所有SoC組件的安全狀態(tài)。

作為SoC開發(fā)者，還需考慮組件在極端條件下的表現(xiàn)。正如IP設計需全面考量一樣，SoC設計同樣如此,，需全面考量接口選擇、端口數(shù)量、協(xié)議支持（如CSI-2、DSI/DSI-2）、D-PHY和C-PHY組合等因素，以完整方案保障汽車行業(yè)的三大核心支柱——安全、可靠和質量。

MIPI在降低系統(tǒng)復雜性的同時也為關鍵的安全應用鋪路。新思科技支持集成符合C-PHY、D-PHY、CSI-2和DSI/DSI-2的MIPI接口。新思科技MIPI IP解決方案支持SoC與應用處理器、基帶處理器和外設之間的連接，支持MIPI規(guī)范的最新關鍵功能，例如C-PHY 2.0，每個Trio的運行速度可達6.5Gs/s，最大帶寬為41Gb/s。新思科技的MIPI攝像頭和顯示IP作為汽車級產品，符合ISO 26262標準和AEC-Q100可靠性標準。

作為MIPI聯(lián)盟董事會的重要成員和MIPI聯(lián)盟工作組的積極參與者，新思科技持續(xù)為生態(tài)系統(tǒng)提供支持，開發(fā)高質量、低功耗、高性價比和可協(xié)同的MIPI IP解決方案，助力開發(fā)者在汽車設計中實現(xiàn)新功能。開發(fā)者通過單供應商解決方案可降低MIPI接口集成到SoC和器件IC的風險與成本，加速產品上市。

隨著高分辨率視頻和圖像數(shù)據(jù)需求的增長，未來攝像頭和顯示SoC需處理更復雜的視覺數(shù)據(jù)。隨著各行各業(yè)，尤其是汽車領域所處理的圖像數(shù)據(jù)量持續(xù)攀升，MIPI將為解決車輛內高速電子組件面臨的“長距離、高速連接”難題提供有效解決方案。