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利用MOST技術為ADAS無縫整合視訊相機系統

上網時間: 2014年12月05日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:MOST  ADAS  TDMA  視訊相機   

作者:Ing. Bernd Sostawa,Microchip Technology資深業務開發經理

先進駕駛輔助系統(ADAS)正逐漸成為汽車中不可或缺的一部份——其介面可以連接到許多不同叢集的汽車電力/電子系統。與人體類似,這必須建置大量功能並且使其互連:例如相機、雷達和超音波的感測器,以及處理單元和致動器。考慮到使用場景的複雜度以及必須交換資訊的車輛區域不同,充份的網路基礎架構對於系統效率的重要性不言而喻。從功能角度來看,駕駛輔助系統已經開始不斷擴大傳統車載資訊娛樂系統的範圍。

如圖1‘電力/電子架構的演變’中所示,駕駛輔助領域正逐漸成為電力/電子生態系統中不可或缺的一部份。ADAS和資訊娛樂系統將在未來將協同發展。

電力/電子架構的演變。
圖1:電力/電子架構的演變。

典型的新興駕駛輔助應用包括:停車輔助、碰撞警告、交通標誌監看、車道偏離警告、進階車道引導、行人警告、夜視、自動巡航控制,以及預先碰撞警示。

駕駛輔助系統對於網路具有特殊要求。其特點包括:控制、視訊、資料封包和IP資料的傳輸;最高品質的服務;硬即時確定性和低延遲;靈活的拓撲,如星狀、菊鍊和環狀;高頻寬;遠端控制功能;安全性方面;以及穩定性和成熟度。除此之外,成本效率也是一項關鍵指標。

接下來將說明採用基本時分多址(TDMA)機制的多通道網路方案是一種絕佳的選擇。

多通道方案

通常,駕駛輔助系統必須處理各種感測器資料。為了因應這種複雜度,經常必須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資料,這需要較高的頻寬和一致且快速的傳輸。中層級需要傳輸物件和屬性。最後,最高層級則提供解析後的數據。MOST技術的典型映射如圖2‘MOST技術資料傳輸機制’所示。

MOST技術資料傳輸機制
圖2:MOST技術資料傳輸機制

多通道網路系統能夠讓一個網路平行使用包括控制資料、串流資料和資料封包資料等所有服務。必要時還可透過一種高度決定性的方式輕鬆同步這些服務。

第3代MOST規格導入了速率達150Mbps的MOST技術網路。這一網路支援IP資料通訊,可提供符合IEEE 802.3標準的汽車即用型乙太網路通道,通道頻寬可在0到近150Mbps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整合,以及‘車到車’與‘車到基礎設備’之間的通訊。

MOST技術架構及其功能模組概念包含明確的應用程式設計介面,能夠標準化駕駛輔助應用和感測器的介面。

基於MOST技術網路的多相機系統
圖3:基於MOST技術網路的多相機系統

適合相機系統整合的星狀拓撲

圖3顯示一個基於MOST150網路的多相機系統,其中包括四台高解析度相機。最多可以為每台相機的視訊串流分配150Mbps的頻寬。MOST150的整個資料串流頻寬可以單獨用於每個相機鏈路。該視訊相機系統可以擴展到八台相機,總共使用1.2Gbps的總資料串流頻寬。環景相機透過同軸電纜連接到星狀拓撲的中央節點。

基於MOST150同軸電纜的俯視展示系統
圖4:基於MOST150同軸電纜的俯視展示系統

基於MOST150同軸電纜的車頂俯視螢幕
圖5:基於MOST150同軸電纜的車頂俯視螢幕

360度汽車俯視系統(圖4和圖5)使用了搭配MOST技術介面的小型相機,可提供1百萬畫素的解析度和高動態範圍。這類相機以經濟高效的設計為基礎,由影像感測器晶片和MOST技術介面晶片組成。利用遠端控制功能,無需記憶體晶片或額外的微控制器即可執行相機。

憑藉TDMA機制內建的同步性,MOST技術多通道網路方案可確保即時的確定性和超低的視訊延遲(小於10毫秒),因此可以完全滿足ADAS的需要。

MOST150技術已經過與German TV合作的研究認證。根據IEC 61508和ISO 26262標準,MOST150具有安全保護層的概念,適用於自動防故障裝置的應用。

使多個MOST150分支的頻寬倍增

位於中央節點的多埠網路介面控制器可為每個網路分支分配最多150Mbps的資料串流頻寬。可使用包括星狀、環狀、樹狀或菊鍊在內的任意拓撲建立不同的分支,並可以在不影響系統其他部份的串流資料傳輸情況下熱插拔或斷開這些分支。

低延遲資料串流

將視訊串流從相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訊資料。連續傳輸的資料串流不能發生中斷或存在延遲。MOST技術以確保的頻寬和超低延遲傳輸資料串流。它既不需要額外的通訊處理器或定址開銷,也不必將資料分拆到多個資料封包中(隨後資料封包每次沿路徑通過設備都需要進行檢查)這種浪費頻寬的串流。

同軸電纜

利用同軸電纜解決方案能夠實現雙向通訊並透過同一根電纜供電,因此可為ADAS汽車領域提供可擴展的電氣實體層。同軸電纜是傳輸高頻訊號的工業標準電纜。它本身提供保護,而且是一種低成本的標準電纜和連接器。它採用自動化接外掛程式結構,與保護的銅線雙絞線相較,能夠實現更低的裝配成本。同軸電纜方案通過EMC驗證,工作速度已高達數Gbps,使其成為一種經未來驗證可行的實體層。

相機設計

圖6顯示相機模組的方塊圖。影像感測器直接連接到MOST介面。相機通過I2C和GPIO並利用遠端控制功能來進行控制。視訊資料發送到MOST介面,隨後透過MOST網路以最高服務品質進行傳輸。

相機方塊圖
圖6:相機方塊圖

遠端控制功能

相機模組利用添加到MOST技術規格中的全新遠端控制功能。這項新功能可減少軟體堆疊,軟體堆疊通常需要在顯示器和相機等週邊設備節點中使用微控制器和記憶體。例如,遠端控制功能支援作為I2C匯流排主元件的控制埠。I2C匯流排主元件管理影像感測器和其他板上從屬元件的讀寫作業。I2C的讀寫作業透過MOST控制通道遠端處理。此外,GPIO也透過MOST技術控制通道遠端處理。例如,它們可以作為相機中的重置接腳。GPIO事件將通過MOST網路自動進行報告。俯視系統的電子控制單元(ECU)中現有的處理能力用於執行所有相機的控制軟體。

將所有控制軟體集中於俯視系統的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最佳化系統劃分、節省電路板空間,甚至降低遠端裝置的功耗。

穩定性和成熟度

如今,MOST技術已在150種上路行駛的車型中通過穩定性與強韌性驗證了。採用MOST150網路的最新汽車也已從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,主要優勢如下:

  •透過TDMA機制實現確定性和超低延遲

  •MOST的資料串流特性支援連續傳輸視訊資料串流,無需資料封包或緩衝

  •最高品質的服務

  •支援多種資料類型:控制、資料封包、資料串流和IP資料

  •靈活的拓撲,如星狀、菊鍊和環狀

  •經汽車驗證的同軸電纜實體層

結論

本文展示MOST技術網路可為相機系統(如俯視系統)提供最佳解決方案。多通道網路方案支援通過同一鏈路平行傳輸控制訊息、視訊資料串流和物件清單等資料封包資料。靈活的架構支援星狀和環狀拓撲以及二者的混合。MOST技術的資料串流特性基於TDMA機制,支援即時資料串流並可提供超低延遲和最高品質的服務。

MOST技術可為每台相機的資料串流分配最高150Mbps的頻寬,在俯視系統的ECU中,當使用由八台相機組成的星狀架構時,最多可使用1.2Gbps的頻寬向中央處理器傳輸視訊資料。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,能夠為相機系統提供一種穩定且成熟的選擇。





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