全新IC和拓撲結構 突破汽車數(shù)據(jù)網(wǎng)絡瓶頸

今天的汽車設計人員面臨著蘊含機遇的重大挑戰(zhàn)：客戶需要更多連接和圖形，而且顯然也愿意支付這筆費用。駕駛員和乘客自然是需要基本的操作信息，但他們也需要實時地圖、娛樂和信息。如果他們已經(jīng)習慣并且事實上已經(jīng)喜歡在家庭和辦公室環(huán)境中使用多個屏幕，那么在移動的汽車環(huán)境中怎么會不想要這些呢?

實際情況是，對于今天的年輕一代購車者，這種連接和顯示器已經(jīng)從“可有可無”變成了“必需品”。無論您稱之為信息娛樂系統(tǒng)、智能驅動器接口、聯(lián)網(wǎng)汽車、汽車云連接，還是冠以其他任何叫法，這種趨勢都不會改變： 它正在成為除低端汽車外所有汽車的標準配件。

但我們還面臨一個技術問題。固定的家庭/辦公室環(huán)境中可管理的問題，在汽車環(huán)境中的情況卻截然不同。支持多個屏幕不僅是計算能力的問題。它還涉及復雜布線、連接器、散熱和信號完整性問題，所有這些問題錯綜復雜，嚴重制約汽車世界。

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

明顯的解決方案是使用類似HDMI的大型標準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，在嘈雜的汽車環(huán)境中，信號完整性也是一大難題，特別是在遠距離情況下。另外，銅纜布線的成本和重量也是問題，并且連接器本身過大，比較笨拙。在條件惡劣的汽車環(huán)境中，可靠性和性能也得不到保障。

幸運的是，有一種解決方案可以利用現(xiàn)有的大眾消費市場技術，通過調整經(jīng)濟、有效的方式，使其適用于汽車應用和環(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。

但通過使用Inova Semiconductors和ADI公司等領先IC供應商的專有技術，利用立體聲視頻格式和HDMI接口，解決帶寬問題和物理連接問題。

該接口主干不使用19線HDMI電纜，而只需要一條4線電纜，通過兩個線對提供差分信號，采用“星絞型四心”結構，具有100Ω標稱阻抗。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

當然，用戶永遠不會對速度滿足，因此第二代AIPX2的速度實現(xiàn)了3 Gbps(如圖2所示)，它可后向兼容原始APIX1，已從去年開始投入生產(chǎn)。

圖2： 第二代APIX提供3 Gbps帶寬。

AIPX2并非只是一個構想的概念，它目前已用于公路上行駛的汽車中。在2012年11月的電子展覽會上，Inova公司便在ADI公司的展臺演示了這款產(chǎn)品，它通過單根4線屏蔽雙絞線電纜來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)。本次演示內容包括標準以太網(wǎng)協(xié)議連接的視頻會議和遠程顯示器觸摸表面，以及使用HDMI連接智能電話的實時用戶界面和集成應用。

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)必要的高速時鐘由發(fā)送器件合成，并非來自圖形處理器或攝像頭的像素時鐘;這使得鏈路對于像素時鐘抖動具有高抗擾度，從而在相對較長的電纜上實現(xiàn)穩(wěn)定可靠的傳輸。

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

該架構可以實現(xiàn)簡單、廉價的顯示器“菊花鏈”連接，利用分路器與各個顯示器連接。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);這樣可以傳輸兩個獨立視頻流、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準的獨立接口(MII)來傳輸以太網(wǎng)數(shù)據(jù)。此方法支持最長12米的電纜距離(足以滿足汽車需求)，因為其內部算法會不斷調整數(shù)字濾波器，從而最大程度提高吞吐量和降低比特誤差率。

另一個汽車應用無法忽略的問題是嚴格的EMC(電磁兼容性)輻射限制。APIX2技術的持續(xù)串行流提供能量頻譜的均勻分布，整體輻射水平遠低于允許的最大值。

未來的汽車： 不同于我們的想象

關于未來的汽車，人們有過無數(shù)猜想： 靜音、飛行甚至自動駕駛。人們在自動駕駛領域取得了很大進展，例如Google就在從事這方面的工作，但這些預想家沒有想象到汽車會覆蓋如此密集的網(wǎng)絡，連接至“云”，并且安裝駕駛員顯示器和乘客信息娛樂系統(tǒng)。汽車正在變成既是裝配復雜儀器、大量數(shù)據(jù)和多臺顯示器的飛機駕駛艙，也是乘客甚至駕駛員的信息娛樂中心。

盡管如此，今天購車者(特別是習慣使用數(shù)字訪問和連接的新購車者)的期望，使這成為市場的發(fā)展方向。對于汽車供應商，特別是提供這些產(chǎn)品的IC 供應商，這既是挑戰(zhàn)也是機遇： 挑戰(zhàn)是要以可接受的價格，滿足客戶對特性、功能和性能的期望，機遇則是為汽車增加有價值的內容，在增長市場上獲得可觀的利潤和投資回報。