用于 ADAS 中摄像机系统的 MOST技术网络方案

    本文介绍了如何将摄像机系统无缝集成到高级驾驶辅助系统（ADAS）中。MOST 技术 基于采用基本的时分多址（TDMA）机制、具有灵活的星型拓扑并提供远程控制功能的 多通道网络方案，从系统解决方案角度来看，这种技术是最佳选择。

    ADAS 正逐渐成为汽车中不可或缺的一部分——其接口可以连接到许多不同集群的汽 车电动/电子系统。与人体类似，这需要实现大量功能并将这些功能联网：例如摄像机、 雷达和超声波等传感器以及处理单元和执行器。考虑到使用场景的复杂性和必须交换信 息的不同车辆区域，足够的网络基础设施对于系统效率的重要性不言而喻。从功能角度 来看，驾驶员辅助系统已开始不断扩大传统信息娱乐系统的范围。

    如图 1“电动/电子架构的演变”中所示，驾驶员辅助领域正逐渐成为电动/电子生态系 统中不可或缺的一部分。ADAS 和信息娱乐系统将在未来协同发展。

图 1：电动/电子架构的演变

    典型的新兴驾驶员辅助应用包括：

    - 停车辅助

    - 碰撞警告

    - 交通标志监视

    - 车道偏离警告

    - 高级车道引导

    - 行人警告

    - 夜视

    - 自适应巡航控制

    - 预碰撞警告

    驾驶员辅助系统对网络具有特殊要求。 特点包括：

    - 控制、视频、数据包和 IP 数据的传输

    - 最高质量的服务 - 硬实时确定性和低延迟

    - 灵活的拓扑，如星型、菊花链和环型

    - 高带宽

    - 远程控制功能

    - 安全性方面

    - 稳定性和成熟度

    除上面列出的各项外，成本效率也是一项关键指标。

    下一部分会说明采用基本的 TDMA 机制的多通道网络方案是一种绝佳的选择。

多通道方案

    通常，驾驶员辅助系统必须处理各种传感器数据。为了应对这种复杂性，常常需要寻找 一种具有不同抽象层次和时序约束的分层方法。低层级中存在大量原始数据，这便需要 较高的带宽和一致而快速的传输。中层级需要传输对象和属性。最后，最高层级将给出 解析后的数据。MOST 技术的典型映射如图 2“MOST 技术数据传输机制”所示。

    多通道网络系统能够通过一个网络并行使用包括控制数据、流数据和数据包数据在内的 所有服务。必要时，可通过一种非常确定的方式轻松同步这些服务。

图 2：MOST技术数据传输机制

    第 3 代 MOST 规范[1]引入了速率达 150 Mbps 的 MOST 技术网络。这一网络支持 IP 数据通信，可提供符合 IEEE 802.3 标准的汽车即用型以太网通道，通道带宽可在 0 到 近 150 Mbps 范围自由配置。MOST 技术向各种基于 IP 协议的应用开放，包括无线移 动设备的无缝集成以及车到车及车到基础设施间的通信。
MOST 技术框架和功能模块概念包含明确的应用编程接口，能够标准化摄像机等驾驶 员辅助应用和传感器的接口。

适合摄像机系统集成的灵活星型拓扑

图 3：基于 MOST技术网络的多摄像机系统

    图 3 显示了一个基于 MOST150 网络的多摄像机系统，其中包括四台高清晰度摄像机。 最多可以为每台摄像机的视频流分配 150 Mbps 的带宽。MOST150 的整个数据流带宽 可以单独用于每个摄像机链路。摄像机系统可以扩展到八台摄像机，总共使用 1.2 Gbps 的数据流带宽。环视摄像机通过同轴电缆连接到星型拓扑的中央节点。

    360 度汽车俯视系统（图 4 和图 5）使用了采用 MOST 技术接口的小型摄像机，可提 供一百万像素的分辨率和高动态范围。这类摄像机以经济高效的设计为基础，由图像传 感器芯片和 MOST 技术接口芯片组成。利用远程控制功能，无需存储器芯片或额外的 单片机即可运行摄像机。

图 4：基于 MOST150 同轴电缆的俯视演示系统

图 5：俯视画面

    凭借 TDMA 机制带来的固有同步性，MOST 技术多通道网络方案可确保实时的确定性。和超低的视频延时（小于 10 毫秒），因此可以完全满足 ADAS 的需要。

    MOST150 技术已经过与德国 TV 合作的相应研究[2]的验证。根据 IEC 61508 和 ISO 26262 标准[3]，MOST150 具有安全层概念，适用于故障安全应用。

使多个 MOST150 分支的带宽倍增

    位于中央节点的网络接口控制器具有多个端口，可为每个网络分支分配最多 150 Mbps 的数据流带宽。可使用包括星型、环型、树型或菊花链在内的任意拓扑建立不同的分支， 并且可以在不影响系统其他部分的流数据传输的情况下热插拔或断开这些分支。

低延时数据流

     将视频流从摄像机发送到渲染器意味着将在很长一段时间内传输大量的视频数据。连续 传输的数据流不能发生中断或存在延迟。MOST 技术通过保证带宽和超低延时来传输 数据流。它既不需要额外的通信处理器或寻址开销，也不存在将数据分拆到多个数据包 中（随后数据包每次沿路径通过设备都需要进行检查）这种浪费带宽的流程。

同轴电缆

    利用同轴电缆，此解决方案能够实现双向通信并通过同一根电缆供电，因此可为 ADAS 汽车领域提供可扩展的电气物理层。同轴电缆是传输高频信号的行业标准电缆。它本身 提供屏蔽，并且是一种低成本的标准电缆和连接器。它采用自动化接插件式结构，与屏 蔽的铜线双绞线相比，能够实现更低的装配成本。同轴方案通过 EMC 验证，工作速度 已高达数 Gbps，这使其成为一种面向未来的物理层。

摄像机设计

     图 6 显示了摄像机模块的框图。图像传感器直接连接到 MOST 技术接口。摄像机通过 I 2C和通用输入/输出（GPIO）并利用远程控制功能来进行控制。视频数据发送到 MOST 技术接口，随后通过 MOST 技术网络以最高服务质量进行传输。

图 6：摄像机框图

远程控制功能

    摄像机模块利用了添加到 MOST 技术规范中的全新远程控制功能。这项新功能可减少 软件堆栈，软件堆栈通常需要在显示屏和摄像机等外设节点中使用单片机和存储器。例 如，远程控制功能支持用作 I2C 总线主器件的控制端口。I2C 总线主器件管理着图像传 感器和其他板上从器件（如果存在）的读写操作。I2C 的读写操作通过 MOST 控制通道 远程处理。此外，GPIO 也通过 MOST 技术控制通道远程处理。例如，它们可以用作 摄像机中的复位引脚。GPIO 事件将通过 MOST 网络自动进行报告。俯视系统的电气 控制单元（ECU）中现有的处理能力用于运行所有摄像机的控制软件。

    将所有控制软件集中到俯视系统的 ECU 中可显著简化开发过程，因为这种情况下只需 要开发和部署一个软件实例。这种设备架构有助于优化系统划分、节省电路板空间甚至 降低远程设备的功耗。

稳定性和成熟度

    如今，MOST 技术已在 150 种上路行驶的车型中经过稳定性验证。采用最新的 MOST150 网络的汽车也已从 2012 年开始上路行驶。

    MOST 技术为 ADAS 提供了一种经济高效的系统解决方案式方法，主要优势如下：

    - 通过 TDMA 机制实现确定性和超低延时

    - MOST 的数据流特性支持连续传输视频数据流，无需数据打包或缓冲 - 最高质量的服务

    - 支持多种数据类型：控制、数据包、数据流和 IP 数据

    - 灵活的拓扑，如星型、菊花链和环型 - 经验证的车辆同轴物理层

结论

    本文展示了 MOST 技术网络可为摄像机系统（如俯视系统）提供最佳解决方案。多通 道网络方案支持通过同一链路并行传输控制消息、视频数据流和对象列表等数据包数 据。灵活的框架支持星型和环型拓扑以及两者的混合。MOST 技术的数据流特性基于 TDMA 机制，支持实时数据流并可提供超低延时和最高质量的服务。MOST 技术可为 每台摄像机的数据流分配最高 150 Mbps 的带宽，在俯视系统的 ECU 中，当使用由八 台摄像机组成的星型架构时，最多可使用 1.2 Gbps 的带宽向中央处理器传输视频数 据。该技术使用经验证的汽车同轴电缆和连接器，并可通过同一根电缆供电。MOST技术已在 150 多种上路行驶的车型中得到应用，能够为摄像机系统提供一种稳定且成 熟的选择。