借助MOST技術將攝像機系統(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/電子系統(tǒng)。與人體類似,這需要實現(xiàn)大量功能并將這些功能聯(lián)網(wǎng):例如攝像機、雷達和超聲波等傳感器以及處理單元和執(zhí)行器??紤]到使用場景的復雜性和必須交換信息的不同車輛區(qū)域,足夠的網(wǎng)絡基礎設施對于系統(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)已開始不斷擴大傳統(tǒng)信息娛樂系統(tǒng)的范圍。
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/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(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/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
- 交通標志監(jiān)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(tǒng)對網(wǎng)絡具有特殊要求。
特點包括:
- 控制、視頻、數(shù)據(jù)包和IP數(shù)據(jù)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(huán)型
- 高帶寬
- 遠程控制功能
- 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(tǒng)必須處理各種傳感器數(shù)據(jù)。為了應對這種復雜性,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(shù)據(jù),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。最后,最高層級將給出解析后的數(shù)據(jù)。MOST技術的典型映射如圖2“MOST技術數(shù)據(jù)傳輸機制”所示。
圖2:MOST技術數(shù)據(jù)傳輸機制
多通道網(wǎng)絡系統(tǒng)能夠通過一個網(wǎng)絡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)在內的所有服務。必要時,可通過一種非常確定的方式輕松同步這些服務。
第3代MOST規(guī)范引入了速率達150 Mbps的MOST技術網(wǎng)絡。這一網(wǎng)絡支持IP數(shù)據(jù)通信,可提供符合IEEE 802.3標準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技術向各種基于IP協(xié)議的應用開放,包括無線移動設備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(tǒng)集成的靈活星型拓撲
圖3顯示了一個基于MOST150網(wǎng)絡的多攝像機系統(tǒng),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(shù)據(jù)流帶寬可以單獨用于每個攝像機鏈路。攝像機系統(tǒng)可以擴展到八臺攝像機,總共使用1.2 Gbps的數(shù)據(jù)流帶寬。環(huán)視攝像機通過同軸電纜連接到星型拓撲的中央節(jié)點。
圖3:基于MOST技術網(wǎng)絡的多攝像機系統(tǒng)
360度汽車俯視系統(tǒng)(圖4和圖5)使用了采用MOST技術接口的小型攝像機,可提供一百萬像素的分辨率和高動態(tài)范圍。這類攝像機以經(jīng)濟高效的設計為基礎,由圖像傳感器芯片和MOST技術接口芯片組成。利用遠程控制功能,無需存儲器芯片或額外的單片機即可運行攝像機。
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機制帶來的固有同步性,MOST技術多通道網(wǎng)絡方案可確保實時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技術已經(jīng)過與德國TUV合作的相應研究的驗證。根據(jù)IEC 61508和ISO 26262標準,MOST150具有安全層概念,適用于故障安全應用。
使多個MOST150分支的帶寬倍增
位于中央節(jié)點的網(wǎng)絡接口控制器具有多個端口,可為每個網(wǎng)絡分支分配最多150 Mbps的數(shù)據(jù)流帶寬??墒褂冒ㄐ切?、環(huán)型、樹型或菊花鏈在內的任意拓撲建立不同的分支,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。
低延時數(shù)據(jù)流
將視頻流從攝像機發(fā)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(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技術通過保證帶寬和超低延時來傳輸數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)分拆到多個數(shù)據(jù)包中(隨后數(shù)據(jù)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(xiàn)雙向通信并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(yè)標準電纜。它本身提供屏蔽,并且是一種低成本的標準電纜和連接器。它采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(xiàn)更低的裝配成本。同軸方案通過EMC驗證,工作速度已高達數(shù)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并利用遠程控制功能來進行控制。視頻數(shù)據(jù)發(fā)送到MOST接口,隨后通過MOST網(wǎng)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(guī)范中的全新遠程控制功能。這項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等外設節(jié)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(wǎng)絡自動進行報告。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行所有攝像機的控制軟件。
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,因為這種情況下只需要開發(fā)和部署一個軟件實例。這種設備架構有助于優(yōu)化系統(tǒng)劃分、節(jié)省電路板空間甚至降低遠程設備的功耗。
穩(wěn)定性和成熟度
如今,MOST技術已在150種上路行駛的車型中經(jīng)過穩(wěn)定性驗證。采用最新的MOST150網(wǎng)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(jīng)濟高效的系統(tǒng)解決方案式方法,主要優(yōu)勢如下:
- 通過TDMA機制實現(xiàn)確定性和超低延時
- 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
- 最高質量的服務
- 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)
- 靈活的拓撲,如星型、菊花鏈和環(huán)型
- 經(jīng)驗證的車輛同軸物理層
結論
本文展示了MOST技術網(wǎng)絡可為攝像機系統(tǒng)(如俯視系統(tǒng))提供最佳解決方案。多通道網(wǎng)絡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)型拓撲以及兩者的混合。MOST技術的數(shù)據(jù)流特性基于TDMA機制,支持實時數(shù)據(jù)流并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(shù)據(jù)流分配最高150 Mbps的帶寬,在俯視系統(tǒng)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(shù)據(jù)。該技術使用經(jīng)驗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(tǒng)提供一種穩(wěn)定且成熟的選擇。
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