MIPI：将汽车变成移动设备
About the Authors:
Ashraf Takla
President & CEO, Mixel, Inc.
Thomas Wilson
Automotive Radar Product Marketing Manager, NXP Semiconductors
Christian Tuschen
Automotive Systems Engineering, NXP Semiconductors
每个人都记得他们的第一辆车——你可以去你想去的地方，移动得更快，走得更远——你是移动的。是的，我们的汽车让我们移动，但今天的汽车本身正在成为移动设备。汽车不仅仅是一种交通工具，它正在演变成完整的移动设备——与互联网、交通网以及彼此之间的连接和联系。MIPI®规范在这一转变中发挥着重要作用，就像它们在统一最常见的移动设备智能手机的接口方面发挥了关键作用一样。
MIPI联盟成立的目的是使手机等设备中的系统接口变得更容易和更经济。 该组织定义了接口规范，对高速处理器、低速传感器和其他芯片间数据传输之间的相机、显示器和无线模块的接口进行标准化。移动设备通常很小，组件在设备内部以紧凑、紧密耦合的方式连接。汽车向联网设备的转变也在由内而外发生——这是利用MIPI联盟内所做工作的完美环境。智能手机供应商的（供应商控制的）系统界面反映了那些为汽车行业服务的开发。供应商创建高功率和高性能接口（使用MIPI规范）的能力为汽车供应链上的公司提供了与手机制造商及其供应商相同的优势。汽车系统正在以有线和无线的方式进行连接。这种连接正在成为汽车的 “中枢神经系统”。MIPI规范提供了越来越多的关键任务、信息和娱乐系统之间的连接，从而将你的汽车变成了一个移动设备。让我们看看这种转变以及MIPI联盟及其成员公司如何帮助实现这种转变
车内和车外
有一些宏观趋势正在定义MIPI规范所适合的 “使用模式”。这些趋势包括以下项目的初始部署和更深入的集成：
- 远程信息处理和车载信息娱乐系统（IVI）
- 先进的驾驶辅助系统（ADAS）
- 智能交通系统(ITS)
- 自主驾驶系统（ADS）
远程信息处理需要将GPS（全球定位系统）与导航显示器相连接，包括触摸和音频功能。驾驶员辅助系统需要摄像头、雷达、激光雷达（激光）、图像处理和带有音频和显示器的计算机视觉接口以提供直接反馈。智能交通系统需要无线车辆到基础设施（V2I）、车辆到车辆（V2V）和车辆到一切（V2X）的连接，桥接支持多种不同无线（IEEE 802.11p、ac、ah、蓝牙）和蜂窝（LTE、GSM）标准的射频（RF）能力。随着我们走向自动驾驶，所有这些系统及其互连变得更加关键。
有趣的是，这些连接要求与最普遍的移动平台——智能手机中的连接要求几乎相同。在智能手机中，你在相机和显示器、音频、麦克风和陀螺仪、磁和光功能以及需要触摸或声控输入的应用之间有类似的交互。为智能手机有效定义这些接口的 MIPI 规范同样适用于为支持汽车中的这些系统而开发的接口。而它们今天正在被部署。
让我们更深入地了解ADAS，看看MIPI规范是如何应用的。 驾驶辅助系统的开发是为了使车辆系统自动化、适应和增强汽车系统的安全性，并帮助驾驶员更好地驾驶。图1显示了ADAS类型监控的 “视野 “表示。这些系统在汽车周围构成了一种传感器 “防护罩”，可以向司机发出警报或触发保障措施，接管对车辆的控制以避免危险。
如图1所示，有越来越多的基于传感器的系统使用各种传感技术。其中一些系统并不传输大量的数据；它们是传感器检测和警报类型的最小数据传输。然而，其他系统正在捕捉大量的数据，以便有效地处理传输。例如，用于车道检测或交通标志识别的摄像头辅助系统会产生密集的数据流，需要从摄像头传输到处理器进行分析，并传输到显示器进行查看。在这样的系统中，MIPI相机串行接口（CSI-2(SM)）提供了一个协议框架，将数据从相机传到处理器。实际的传输是通过使用另一个MIPI规范，即MIPI D-PHY(SM)来完成的，这是一个物理层收发器规范。使用MIPI D-PHY意味着该接口将以最低的功率运行，并以最低的成本部署。MIPI联盟开发了具有灵活架构定义的规范，认识到有针对性的实施对于实现物理引脚和传输速率的最佳组合是必要的。
图2是目标实施的一个例子；是相机到处理器连接的简化图。相机子组件具有照相机传感器和支持图像采集的电路，并使用D-PHY Tx宏来组织图像数据进行传输。照相机图像被序列化，并被发送到图像信号处理子组件，其中包含接收数据的支持电路 – D-PHY Rx宏。Tx和Rx端之间的物理连接是通过MIPI接口实现的。NXP使用MIPI CSI-2规范和Mixel提供的D-PHY硬宏设计了这样一个系统。
NXP使用Mixel的MIPI D-PHY
NXP使用MIPI接口的设计被称为S32V234，如图3所示（见左上角）。S32V是用于视觉、传感器融合和环视应用的ADAS解决方案。它具有四核ARM® Cortex®-A53处理器、NXP APEX™图像认知处理器、Vivante GC3000处理单元和先进的内存总线系统架构。该系统旨在与各种图像传感器连接，如索尼IMX224。该传感器有一个MIPI CSI-2接口，用于将传感器与SV32等系统级芯片连接起来。MIPI CSI-2接口的最大输出数据速率为1.5Gbps/lane，输出通道的数量可以从1ch、2ch或4ch（lane）中选择。
该系统的一个关键部分是以低延迟或零延迟将原始图像数据传输到SV32内置的图像信号处理器（ISP）。原始数据使用先进的高性能SRAM系统进行有效处理，该系统补充了传统的DDR内存管理，使图像处理成为实时的。从相机到S32V的原始数据传输是通过MIPI CSI-2、D-PHY接口完成的，由Rx D-PHY硬宏接收。数据被序列化并以高速传输，以实现无闪烁的处理。
NXP产品中MIXEL的MIPI D-PHY
Mixel为NXP的设计提供了D-PHY IP Rx+硬宏。这个宏被优化为一个接收方的定制实现，在系统级芯片–S32V中有效地前置了CSI-2接口。值得注意的是，MIPI D-PHY规范定义了一个具有对称Tx和Rx功能的D-PHY的通用形式。在Mixel的实现中，接收端是有针对性的，通道被优化为与从相机到S32V的主要传输方向一致。Mixel D-PHY Rx+的框图见图4。Rx+的一个关键特征是面积优化的Tx端。增加了一个微创的Tx，增加了环回支持，简化了硅片生产后测试中的设置要求。由于这种特殊的实现方式，你不仅得到了性能和功率，而且得到了硅测试能力。
Mixel的D-PHY Rx+遵循MIPI D-PHY规范，但增加了这个重要的自定义选项。请注意，MIPI联盟定义了它的规范，允许在实施过程中进行优化。通过这种方式，客户和供应商可以在系统的引脚限制和数据传输率的要求下工作，优化功率和效率，在这种情况下，也可以优化测试性。
安全性和可靠性
当然，操作的可靠性和稳健性是汽车中使用的部件的根本。因为ADAS功能对于使我们在驾驶时更加安全是至关重要的，所以安全标准是必不可少的。但是，即使是非关键系统也必须在广泛的，而且往往是恶劣的环境条件下可靠地运行。汽车行业的供应商，以及这些供应商的供应商，必须符合AEC-Q100等标准，该标准为集成电路建立了通用的电气元件资格要求；IEC 61508，旨在成为适用于各种行业的基本功能安全标准；以及ISO 26262，为生产汽车的电气和/或电子系统的功能安全建立了标准。在这种情况下，Mixel作为恩智浦的IP供应商，在设计其MIPI IP时，从一开始就考虑到了可靠性和稳健的操作，然后做了额外的工作，确保IP符合这些标准。例如，Mixel的D-PHY符合AEC-Q100的0级规范。验证设计需要广泛使用包含老化效应和温度变化的统计模拟。Mixel在运行模拟的正态分布中改变了关键参数，因此每个设备的差异都被考虑在内。 设计目标是在六西格玛范围内执行。这样的模拟需要仔细规划，使性能在D-PHY工作环境的预期公差范围内变得可预测。性能通过Mixel和恩智浦所做的大量测试和鉴定得到进一步验证。额外的努力导致了可靠和安全的系统运行。
在雷达、激光雷达和其他领域使用MIPI
随着供应商向自动驾驶方向扩展ADAS，MIPI规格将继续发展，并在适合的地方进行部署。
雷达（毫米波无线电）和激光雷达（光）传感器子系统也需要传输大量的数据。这些系统可以使用MIPI接口将数据从连接到ADC/基带和信号处理组件的模拟前端传输，或直接传输到系统级融合处理系统，在那里可以启动适当的行动。在自适应巡航控制等应用中，MIPI CSI-2接口非常适合连接射频前端和雷达处理器（例如，NXP S32R27，它使用Mixel MIPI D-PHY连接到NXP的射频前端设备，如MR3003）。在这里，需要对连续的突发传输进行分析，以检测物体和判断车与车之间的相对速度，并最终调整油门。这些都是高带宽的数据传输，有多个模数转换器（ADC）阵列来支持从长距离和短距离传输中收集的数据。无论传感器使用的是视线还是光线，MIPI接口都将继续部署在汽车传感器模块内，支持这些关键的数据传输。
NXP和Mixel等MIPI成员公司继续在系统级设计中和作为IP部署MIPI规范接口。其他MIPI成员公司也在汽车和其他系统中部署了这些接口。这发生在任何可以从为效率和性能而定义的接口中受益的地方。MIPI联盟在其规范定义中的灵活性使供应商和客户能够开发出针对每个应用的优化接口。这种应用需求与接口架构的 “完美契合 “正在为新兴的汽车行业服务，就像它已经并将继续为移动智能电话市场服务一样。汽车行业继续加强系统，使汽车的操作更像一个移动设备。 我们正在向享受快速、安全、信息丰富、娱乐性强、没有压力的驾驶靠近。我们的汽车有更多的系统需要MIPI联盟的性能和功率优化接口。MIPI联盟及其成员公司将继续部署系统接口，将您的汽车转变为自主的移动设备，以造福于我们所有人。