全新IC和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 突破汽車(chē)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)瓶頸

　　今天的汽車(chē)設(shè)計(jì)人員面臨著蘊(yùn)含機(jī)遇的重大挑戰(zhàn)：客戶(hù)需要更多連接和圖形，而且顯然也愿意支付這筆費(fèi)用。駕駛員和乘客自然是需要基本的操作信息，但他們也需要實(shí)時(shí)地圖、娛樂(lè)和信息。如果他們已經(jīng)習(xí)慣并且事實(shí)上已經(jīng)喜歡在家庭和辦公室環(huán)境中使用多個(gè)屏幕，那么在移動(dòng)的汽車(chē)環(huán)境中怎么會(huì)不想要這些呢？

　　實(shí)際情況是，對(duì)于今天的年輕一代購(gòu)車(chē)者，這種連接和顯示器已經(jīng)從“可有可無(wú)”變成了“必需品”。無(wú)論您稱(chēng)之為信息娛樂(lè)系統(tǒng)、智能驅(qū)動(dòng)器接口、聯(lián)網(wǎng)汽車(chē)、汽車(chē)云連接，還是冠以其他任何叫法，這種趨勢(shì)都不會(huì)改變： 它正在成為除低端汽車(chē)外所有汽車(chē)的標(biāo)準(zhǔn)配件。

　　但我們還面臨一個(gè)技術(shù)問(wèn)題。固定的家庭/辦公室環(huán)境中可管理的問(wèn)題，在汽車(chē)環(huán)境中的情況卻截然不同。支持多個(gè)屏幕不僅是計(jì)算能力的問(wèn)題。它還涉及復(fù)雜布線、連接器、散熱和信號(hào)完整性問(wèn)題，所有這些問(wèn)題錯(cuò)綜復(fù)雜，嚴(yán)重制約汽車(chē)世界。

　　理論上，必須解決三個(gè)方面的問(wèn)題： 圖形處理內(nèi)核、多顯示器、圖形引擎和顯示器之間的高性能互連網(wǎng)絡(luò)?？紤]在汽車(chē)上裝配儀表板、前座乘客側(cè)面顯示器、中央控制臺(tái)，可能還有平視顯示器［HUD］、后視攝像頭甚至后座監(jiān)控?cái)z像頭。最大的挑戰(zhàn)就是：如何有效利用單個(gè)集中設(shè)置圖形渲染和圖像處理的內(nèi)核，支持四個(gè)、五個(gè)甚至更多顯示器和攝像頭？

　　明顯的解決方案是使用類(lèi)似HDMI的大型標(biāo)準(zhǔn)PC電纜和接口，但出于多種原因，這種方法不能奏效。首先，這些電纜的布線工作量極大。其次，在嘈雜的汽車(chē)環(huán)境中，信號(hào)完整性也是一大難題，特別是在遠(yuǎn)距離情況下。另外，銅纜布線的成本和重量也是問(wèn)題，并且連接器本身過(guò)大，比較笨拙。在條件惡劣的汽車(chē)環(huán)境中，可靠性和性能也得不到保障。

　　幸運(yùn)的是，有一種解決方案可以利用現(xiàn)有的大眾消費(fèi)市場(chǎng)技術(shù)，通過(guò)調(diào)整經(jīng)濟(jì)、有效的方式，使其適用于汽車(chē)應(yīng)用和環(huán)境。首先提到的是，今天的視頻子系統(tǒng)能夠支持3D流視頻，左眼和右眼分別都能看到圖像。

　　但通過(guò)使用Inova Semiconductors和ADI公司等領(lǐng)先IC供應(yīng)商的專(zhuān)有技術(shù)，利用立體聲視頻格式和HDMI接口，解決帶寬問(wèn)題和物理連接問(wèn)題。

　　該接口主干不使用19線HDMI電纜，而只需要一條4線電纜，通過(guò)兩個(gè)線對(duì)提供差分信號(hào)，采用“星絞型四心”結(jié)構(gòu)，具有100Ω標(biāo)稱(chēng)阻抗。2007年推出的1 Gbps APIX鏈路（如圖1所示）被證明高效而且可靠。

　　圖1： 2007年推出的APIX千兆數(shù)據(jù)鏈路

　　當(dāng)然，用戶(hù)永遠(yuǎn)不會(huì)對(duì)速度滿(mǎn)足，因此第二代AIPX2的速度實(shí)現(xiàn)了3 Gbps（如圖2所示），它可后向兼容原始APIX1，已從去年開(kāi)始投入生產(chǎn)。

　　圖2： 第二代APIX提供3 Gbps帶寬。

　　AIPX2并非只是一個(gè)構(gòu)想的概念，它目前已用于公路上行駛的汽車(chē)中。在2012年11月的電子展覽會(huì)上，Inova公司便在ADI公司的展臺(tái)演示了這款產(chǎn)品，它通過(guò)單根4線屏蔽雙絞線電纜來(lái)傳輸兩路未壓縮高清視頻流、多聲道音頻和100MB/s以太網(wǎng)數(shù)據(jù)。本次演示內(nèi)容包括標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)協(xié)議連接的視頻會(huì)議和遠(yuǎn)程顯示器觸摸表面，以及使用HDMI連接智能電話(huà)的實(shí)時(shí)用戶(hù)界面和集成應(yīng)用。

　　工作原理

　　APIX2以幀（微型數(shù)據(jù)包）為單位持續(xù)傳輸數(shù)據(jù)，并使用所謂的數(shù)據(jù)容器支持視頻、音頻和總線協(xié)議格式。（圖3）必要的高速時(shí)鐘由發(fā)送器件合成，并非來(lái)自圖形處理器或攝像頭的像素時(shí)鐘；這使得鏈路對(duì)于像素時(shí)鐘抖動(dòng)具有高抗擾度，從而在相對(duì)較長(zhǎng)的電纜上實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠的傳輸。

　　圖3： APIX2幀包含兩個(gè)獨(dú)立視頻流，以及音頻和以太網(wǎng)數(shù)據(jù)。

　　該架構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、廉價(jià)的顯示器“菊花鏈”連接，利用分路器與各個(gè)顯示器連接。使用接口IC（例如ADI提供的ADV7680），系統(tǒng)可以提供總線與支持HDMI的GPU或CPU之間的連接。

　　APIX2的凈數(shù)據(jù)速率為2.8 Gbps（下行鏈路）和187.5 Mbps（上行鏈路）；這樣可以傳輸兩個(gè)獨(dú)立視頻流、多通道數(shù)字音頻和控制數(shù)據(jù)；此外，甚至還可以使用符合標(biāo)準(zhǔn)的獨(dú)立接口（MII）來(lái)傳輸以太網(wǎng)數(shù)據(jù)。此方法支持最長(zhǎng)12米的電纜距離（足以滿(mǎn)足汽車(chē)需求），因?yàn)槠鋬?nèi)部算法會(huì)不斷調(diào)整數(shù)字濾波器，從而最大程度提高吞吐量和降低比特誤差率。

　　另一個(gè)汽車(chē)應(yīng)用無(wú)法忽略的問(wèn)題是嚴(yán)格的EMC（電磁兼容性）輻射限制。APIX2技術(shù)的持續(xù)串行流提供能量頻譜的均勻分布，整體輻射水平遠(yuǎn)低于允許的最大值。

　　未來(lái)的汽車(chē)： 不同于我們的想象

　　關(guān)于未來(lái)的汽車(chē)，人們有過(guò)無(wú)數(shù)猜想： 靜音、飛行甚至自動(dòng)駕駛。人們?cè)谧詣?dòng)駕駛領(lǐng)域取得了很大進(jìn)展，例如Google就在從事這方面的工作，但這些預(yù)想家沒(méi)有想象到汽車(chē)會(huì)覆蓋如此密集的網(wǎng)絡(luò)，連接至“云”，并且安裝駕駛員顯示器和乘客信息娛樂(lè)系統(tǒng)。汽車(chē)正在變成既是裝配復(fù)雜儀器、大量數(shù)據(jù)和多臺(tái)顯示器的飛機(jī)駕駛艙，也是乘客甚至駕駛員的信息娛樂(lè)中心。

　　盡管如此，今天購(gòu)車(chē)者（特別是習(xí)慣使用數(shù)字訪問(wèn)和連接的新購(gòu)車(chē)者）的期望，使這成為市場(chǎng)的發(fā)展方向。對(duì)于汽車(chē)供應(yīng)商，特別是提供這些產(chǎn)品的IC供應(yīng)商，這既是挑戰(zhàn)也是機(jī)遇： 挑戰(zhàn)是要以可接受的價(jià)格，滿(mǎn)足客戶(hù)對(duì)特性、功能和性能的期望，機(jī)遇則是為汽車(chē)增加有價(jià)值的內(nèi)容，在增長(zhǎng)市場(chǎng)上獲得可觀的利潤(rùn)和投資回報(bào)。

——本文選自電子發(fā)燒友網(wǎng)4月《物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)特刊》透視新設(shè)計(jì)欄目，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處，違者必究！