一、介紹

智能座艙控制器CDC掛載在以太網(wǎng)交換機(jī)上，與其他車控域VDC，自駕域ADC，網(wǎng)聯(lián)設(shè)備5G+V2X等通過(guò)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。而智能座艙域的外部硬件設(shè)備還包含有連接子系統(tǒng)，音頻子系統(tǒng)，攝像頭子系統(tǒng)，顯示子系統(tǒng)，存儲(chǔ)子系統(tǒng)，功能安全子系統(tǒng)等。作為CDC的無(wú)線連接子模塊，Wi-Fi/BT 模塊位于CDC內(nèi)部。這些子系統(tǒng)共同組成了智能座艙域的硬件平臺(tái)。

如上圖，是中央計(jì)算-區(qū)域控制架構(gòu)下的智能座艙硬件平臺(tái)框架圖

二、有線連接技術(shù)

2.1 車載CAN總線

CAN（Controller Area Network）控制器局域網(wǎng)，是BOSCH為了解決車輛增加的信號(hào)傳輸首先提出，也是ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化的串行通信協(xié)議。

CAN的特點(diǎn)：

多主控制：類似廣播式，在總線空閑時(shí)，所有單元都可以向總線發(fā)送報(bào)文，通過(guò)逐位仲裁來(lái)識(shí)別報(bào)文ID（標(biāo)識(shí)符）的優(yōu)先級(jí)，優(yōu)先級(jí)高的獲得發(fā)送權(quán)。

系統(tǒng)的柔軟性：與總線相連的單元沒(méi)有類似于“地址”的信息，因此在總線上增加單元時(shí)，連接在總線上的其他單元的軟硬件及應(yīng)用層都不需要改變。

遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)請(qǐng)求：可通過(guò)發(fā)送“遙控幀”請(qǐng)求其他單元發(fā)送數(shù)據(jù)。

錯(cuò)誤檢測(cè)功能、錯(cuò)誤通知功能、錯(cuò)誤恢復(fù)功能：所有單元都可以檢測(cè)錯(cuò)誤，檢測(cè)出的錯(cuò)誤會(huì)立即通知其他所有的單元，正在發(fā)送消息的單元一旦檢測(cè)出錯(cuò)誤，會(huì)強(qiáng)制結(jié)束當(dāng)前的發(fā)送，強(qiáng)制結(jié)束發(fā)送的單元會(huì)不斷反復(fù)地重新發(fā)送直到成功發(fā)送為止。

故障封閉：CAN可以判斷出錯(cuò)誤的類型是總線上暫時(shí)的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤還是持續(xù)的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤（如單元內(nèi)部故障、驅(qū)動(dòng)器故障、斷線等），由此功能，當(dāng)總線上發(fā)生持續(xù)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤時(shí)，可將引起此故障的單元從總線上隔離出去。

連接：總線上連接的單元數(shù)量受總線上的時(shí)間延遲及電氣負(fù)載的限制。降低通信速度，可連接的單元數(shù)增加，提高通信速度，可連接的單元數(shù)減少。

CAN BUS多用于工控和汽車領(lǐng)域，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高。可以采用兩根線進(jìn)行傳輸，具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、傳輸距離較遠(yuǎn)、抗電磁干擾能力強(qiáng)、成本低等優(yōu)點(diǎn)。在分布式的汽車電子電氣架構(gòu)中，CAN總線是用來(lái)進(jìn)行ECU之間互聯(lián)的主要通訊總線。來(lái)看一個(gè)CAN總線在汽車上的應(yīng)用例子：

2.2 車載以太網(wǎng)

車載以太網(wǎng)的大規(guī)模應(yīng)用，實(shí)際上是隨著汽車的電動(dòng)化，智能化發(fā)展而來(lái)的。在分布式的EEA時(shí)代，各ECU之間需要相互傳輸?shù)男盘?hào)量極少，使用CAN總線即可實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。當(dāng)汽車進(jìn)入智能化時(shí)代，EEA架構(gòu)向中央計(jì)算-區(qū)域控制方向演進(jìn)。由于汽車內(nèi)使用的傳感器越來(lái)越多，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量越來(lái)越大，所需帶寬也越來(lái)越多，因此需要有新的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)來(lái)支撐這一變化。

為了滿足中央計(jì)算機(jī)與區(qū)域控制器之間的互聯(lián)要求，車載以太網(wǎng)被認(rèn)為是一個(gè)合適的解決方案。

如上圖所示，各個(gè)域控制器之間采用ETH車載以太網(wǎng)進(jìn)行連接，而域控制器內(nèi)部則還是采用星型架構(gòu)。為了保證ETH傳輸?shù)目煽浚€要求多個(gè)域控制器之間的ETH進(jìn)行互聯(lián)，組成以太環(huán)網(wǎng)。由于ECU演進(jìn)的程度不統(tǒng)一，它們所采用的互聯(lián)技術(shù)，可能有CAN，CAN-FD，LIN，F(xiàn)lexRay等各種總線。而對(duì)于Camera, 顯示屏等多媒體設(shè)備來(lái)說(shuō)，所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量特別大，還需要采用特殊的串行-解串器進(jìn)行連接。

上圖所展示的還是集成式域控制器架構(gòu)。整車電子電氣架構(gòu)按功能進(jìn)行劃分，分為車身域，ADAS域，信息娛樂(lè)域，底盤域，動(dòng)力域等，各域控制器之間依賴中央網(wǎng)關(guān)進(jìn)行互聯(lián)。而對(duì)于中央集成-區(qū)域控制架構(gòu)來(lái)說(shuō)，以上的各域控制器將集中到一個(gè)中央計(jì)算機(jī)內(nèi)部。各個(gè)ECU，仍然使用CAN，LIN，F(xiàn)lexRay等技術(shù)。它們按汽車物理區(qū)域的劃分，分別掛載到不同位置的Zone區(qū)域控制器下。此時(shí)Zone起到了一個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)的作用，提供了以太網(wǎng)到其他總線的轉(zhuǎn)發(fā)功能。如下圖所示：

車載以太網(wǎng)的要點(diǎn)：

1. AVB

以太網(wǎng)音視頻橋接技術(shù)（Ethernet Audio/Video Bridging，又稱“Ethernet AVB”，以下簡(jiǎn)稱AVB）是一項(xiàng)新的IEEE802標(biāo)準(zhǔn)，其在傳統(tǒng)以太網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，通過(guò)保障帶寬（Bandwidth），限制延遲(Latency）和精確時(shí)鐘同步（Time synchronization），以支持各種基于音頻、視頻的網(wǎng)絡(luò)多媒體應(yīng)用。AVB關(guān)注于增強(qiáng)傳統(tǒng)以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)音視頻性能，同時(shí)又保持了100%向后兼容傳統(tǒng)以太網(wǎng)，是極具發(fā)展?jié)摿Φ南乱淮W(wǎng)絡(luò)音視頻實(shí)時(shí)傳輸技術(shù)。

車載以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)分兩部分，一部分是最底層的 PHY 標(biāo)準(zhǔn)， 另一部分是鏈路層標(biāo)準(zhǔn)。

車載以太網(wǎng) PHY 標(biāo)準(zhǔn)主要是制定單對(duì)雙絞線標(biāo)準(zhǔn)，傳統(tǒng)以太網(wǎng)與車載以太網(wǎng)最大不同是傳統(tǒng)以太網(wǎng)需要 2-4 對(duì)線，車載以太網(wǎng)只需要一對(duì)。

2. TSN

TSN是時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（Time-Sensitive Network）的英文縮寫，是IEEE 802.1 TSN工作組開(kāi)發(fā)的一系列數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議規(guī)范的統(tǒng)稱，用于指導(dǎo)和開(kāi)發(fā)低延遲、低抖動(dòng)，并具有傳輸時(shí)間確定性的以太網(wǎng)局域網(wǎng)，是傳統(tǒng)以太網(wǎng)在汽車等特定應(yīng)用環(huán)境下的增強(qiáng)功能實(shí)現(xiàn)。

進(jìn)入21世紀(jì)以后，隨著以太網(wǎng)的普及，基于以太網(wǎng)的多媒體應(yīng)用需求與日俱增，于是2006年IEEE成立了AVB工作組，制定了一系列新的802.11技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)現(xiàn)有以太網(wǎng)進(jìn)行功能擴(kuò)充，包括帶寬保持、限制延時(shí)和精確時(shí)鐘同步，提供了高質(zhì)量、低延時(shí)、時(shí)間同步的音視頻局域網(wǎng)解決方案。

隨著工業(yè)4.0概念的提出和車聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來(lái)，工業(yè)和汽車對(duì)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)技術(shù)的需求迅速增長(zhǎng)，在2012年，AVB工作組更名為TSN工作組，在繼承AVB已有的技術(shù)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步針對(duì)實(shí)時(shí)通信的應(yīng)用場(chǎng)景，制定并提出了更多可行的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，籍此在未來(lái)的工業(yè)和汽車等領(lǐng)域繼續(xù)引領(lǐng)以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展。

TSN的特點(diǎn)：

時(shí)鐘同步

IEEE1588 協(xié)議，又稱 PTP（ precise time protocol，精確時(shí)鐘協(xié)議），可以達(dá)到亞微秒級(jí)別時(shí)間同步精度，于 2002 年發(fā)布 version 1，2008 年發(fā)布 version 2。它的主要原理是通過(guò)一個(gè)同步信號(hào)周期性地對(duì)網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘進(jìn)行同步校正，可以使基于以太網(wǎng)的分布式系統(tǒng)達(dá)到精確同步，IEEE1588PTP 時(shí)鐘同步技術(shù)也可以應(yīng)用于任何組播網(wǎng)絡(luò)中。

低延時(shí)

汽車控制數(shù)據(jù)可以分為三種，Scheduled Traffic、Reserved Traffic、Best-effort Traffic。Scheduled Traffic， 如底盤控制數(shù)據(jù)，必須按照嚴(yán)格的時(shí)間要求送達(dá)。Best-effort Traffic，如娛樂(lè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，沒(méi)有強(qiáng)制要求，可以靈活掌握。汽車行業(yè)一般要求底盤系統(tǒng)延遲不超過(guò) 5 毫秒，最好是 2.5 毫秒或 1 毫秒，這也是車載以太網(wǎng)與通用以太網(wǎng)最大不同之處，要求低延遲。低延遲的核心標(biāo)準(zhǔn)是 IEEE802.1Qbv 時(shí)間感知隊(duì)列。

通過(guò)時(shí)間感知整形器(TAS 即 Time Aware Shaper)使 TSN 交換 機(jī)能夠來(lái)控制隊(duì)列流量（queued traffic），以太網(wǎng)幀被標(biāo)識(shí)并指派給基于優(yōu)先級(jí)的 VLAN Tag，每個(gè)隊(duì)列在一個(gè)時(shí)間表中定義， 然后這些數(shù)據(jù)隊(duì)列報(bào)文的在預(yù)定時(shí)間窗口在出口執(zhí)行傳輸。其它隊(duì)列將被鎖定在規(guī)定時(shí)間窗口里。因此消除了周期性數(shù)據(jù)被非周期性數(shù)據(jù)所影響的結(jié)果。這意味著每個(gè)交換機(jī)的延遲是確定的，可知的。而在 TSN 網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)報(bào)文延時(shí)被得到保障。

高可靠性

TSN 中保證高可靠性主要依靠 802.1CB 標(biāo)準(zhǔn)。這也是無(wú)人駕 駛必須用 TSN 的主要原因，也只有 TSN 能讓整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到功能 安全的最高等級(jí) ASIL D 級(jí)。對(duì)于ASIL D級(jí)別的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，一般需要冗余備份系統(tǒng)。802.1CB 協(xié)議為兩套系統(tǒng)間的冗余備份提供了交互機(jī)制。

對(duì)于非常重要的數(shù)據(jù)，802.1CB 會(huì)多發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)備份， 這個(gè)備份會(huì)沿著最遠(yuǎn)離主數(shù)據(jù)路徑交集的路徑傳輸。如果兩個(gè)數(shù)據(jù)都接收到，在接收端把冗余幀消除，如果只接收到一幀數(shù)據(jù)，那么就進(jìn)入冗余后備模式。

3. 帶寬

車載以太網(wǎng)線束受車內(nèi)EMC等的影響，目前(2023)，通過(guò)以太網(wǎng)線纜傳輸?shù)臄?shù)據(jù)帶寬仍然只有1Gbps；在中央計(jì)算平臺(tái)內(nèi)部的以太網(wǎng)交換機(jī)可以提供10Gbps的傳輸帶寬。更大的帶寬仍然需要等待技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

因此，采用車載以太網(wǎng)仍然不能全部替代車內(nèi)的傳感器傳輸線纜，尤其是用來(lái)傳輸攝像頭，顯示屏的高速音視頻傳輸接口。在汽車產(chǎn)業(yè)上，針對(duì)這類數(shù)據(jù)傳輸需求(高帶寬，低時(shí)延，節(jié)點(diǎn)多)，仍然只能采用點(diǎn)到點(diǎn)式的星型結(jié)構(gòu)進(jìn)行互聯(lián)，其采用的通信接口也正是下面所討論到的高速音視頻傳輸接口。

2.3 高速視頻傳輸 (FPD-Link)

為了滿足智能網(wǎng)聯(lián)汽車對(duì)多傳感器的需求，需要有高速視頻傳輸總線來(lái)將這些傳感器連接到中央計(jì)算機(jī)上。這些傳感器一般為視覺(jué)攝像頭或者大型液晶顯示屏等。它們對(duì)通信的要求是，高帶寬，低時(shí)延。通信連接類型一般是點(diǎn)到點(diǎn)的方式。例如用于高級(jí)自動(dòng)輔助駕駛ADAS系統(tǒng)的攝像頭，一般為5M的 Camera Sensor，它所需要的傳輸帶寬高達(dá) 2.5Gbps，而這樣的攝像頭全車需要10多個(gè)。目前的車載以太網(wǎng)技術(shù)根本承載不了這樣的帶寬需求，因此只能考慮專用點(diǎn)到點(diǎn)的連接方式。

如下圖所示，攝像頭和顯示屏，都通過(guò)專用的高速視頻傳輸接口連接到中央計(jì)算平臺(tái)上。其中智能座艙域控制器需要連接的是座艙內(nèi)部攝像頭(輸入)和座艙內(nèi)的顯示屏(輸出)。其中可能會(huì)使用到不同類型的傳輸接口以及線纜。

車載高速音視頻傳輸接口還有另外一個(gè)特殊的需求，即長(zhǎng)距離傳輸和車內(nèi)電磁兼容性設(shè)計(jì)EMC(Electro Magnetic Compatibility)。相比起個(gè)人消費(fèi)類電子設(shè)備，車載傳感器所使用的連接接口工作環(huán)境可謂惡劣。首先是要考慮3-10米的傳輸距離。一個(gè)攝像頭或者一個(gè)顯示屏，與車載中央計(jì)算平臺(tái)的物理距離，短則1至3米，長(zhǎng)則可達(dá)10米，一般的數(shù)據(jù)接口根本無(wú)法滿足這樣長(zhǎng)的傳輸距離。另一方面，車內(nèi)工作環(huán)境復(fù)雜，溫度高，電磁干擾大，數(shù)據(jù)傳輸距離增加會(huì)帶來(lái)信號(hào)的衰減。因此，需要有專門的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)來(lái)滿足車內(nèi)高速音視頻傳輸?shù)男枨蟆?/p>

FPD-Link

攝像頭或者顯示屏上傳輸?shù)囊曨l信號(hào)，一般都是RGB、YUV、或者raw data等圖像格式的數(shù)據(jù)。按圖像的數(shù)據(jù)特點(diǎn)來(lái)看，每個(gè)像素都由多個(gè)bit組成。在最初的圖像傳輸接口中，采用高速并行接口來(lái)傳輸數(shù)據(jù)。但這樣帶來(lái)的問(wèn)題是接插件的針數(shù)多，尺寸大，傳輸線纜的重量，成本都會(huì)很高；線束的安裝成本也很高，長(zhǎng)距離傳輸?shù)恼`碼率相當(dāng)高，導(dǎo)致傳輸帶寬受限。

因此，采用串行傳輸是代替這種并行傳輸?shù)挠行Ы鉀Q方法。通過(guò)把發(fā)送端的多條并行數(shù)據(jù)（包括視頻和控制、語(yǔ)音等數(shù)據(jù)）轉(zhuǎn)換成單條的串行數(shù)據(jù)，在接收端再把串行的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換恢復(fù)成并行視頻格式和低速控制信號(hào)，就能有效解決上文所提的 “高帶寬，低時(shí)延，長(zhǎng)距離” 傳輸?shù)膯?wèn)題 。

首先要解釋一下并行傳輸轉(zhuǎn)換為串行傳輸?shù)脑怼Ｒ雽?shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離的高速傳輸，LVDS是一種可行的技術(shù)，即低壓差分信號(hào)(Low-Voltage Differential Signaling)。它是一種低功耗，低誤碼率，低串?dāng)_和低輻射的差分信號(hào)傳輸技術(shù)。它通常需要通過(guò)一對(duì)信號(hào)線，以極低的電壓擺幅高速差動(dòng)來(lái)傳輸數(shù)據(jù)。

FPD-Link是基于LVDS物理層之上的一種通信標(biāo)準(zhǔn)。它的英文全稱是Flat Panel Display Link，是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司(后被德州儀器TI公司收購(gòu))于1996年提出的。FPD-Link I代芯片組將寬并行的RGB總線串行化為4或5對(duì)LVDS信號(hào)。如下圖所示：21根并行信號(hào)線串行化為4對(duì)LVDS信號(hào)，其中3對(duì)數(shù)據(jù)線，1對(duì)時(shí)鐘線。

到了FPD-Link III的時(shí)代，TI 停止使用 LVDS 模式，而改為CML模式。它通過(guò)一對(duì)屏蔽雙絞線(STP)或者一根同軸電纜(Coax)即可傳輸高速串行信號(hào)。它可以實(shí)現(xiàn)在10米的距離上傳輸6Gbps的數(shù)據(jù)。通過(guò)增加一對(duì)串行和解串器，在傳輸線上可以實(shí)現(xiàn)高速正向通道和低速反向通道。

正向傳輸通道用于以最小的延遲將串行化視頻、音頻或其他數(shù)據(jù)發(fā)送到端點(diǎn)設(shè)備。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)， 串行器必須重新格式化其傳入的數(shù)據(jù)并嵌入數(shù)據(jù)時(shí)鐘，以便可以使用更少的導(dǎo)體將其輸出。通過(guò)利用專有的回聲消除技術(shù)，F(xiàn)PD-Link 串行器/解串器還允許通過(guò)一個(gè)物理導(dǎo)體進(jìn)行全雙工通信。

當(dāng)高速數(shù)據(jù)沿正向方向從串行器傳輸?shù)浇獯鲿r(shí)，低速數(shù)據(jù)也同時(shí)傳輸回到串行器，而無(wú)需時(shí)分復(fù)用。FPD-Link 串行器和解串器設(shè)備通過(guò)在鏈路的每一端連續(xù)抵消其自己的傳輸信號(hào)來(lái)自動(dòng)建立該雙向通道。反向通道通常以比正向通道數(shù)據(jù)低得多的速度運(yùn)行，以便于在兩側(cè)實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)姆蛛x，并且可以包含有關(guān)同步設(shè)備的信息、觸摸中斷、控制信號(hào)、狀態(tài)信息等。使用同步反向通道通信， 還可以在鏈路上沿正向或反向方向啟用 I2C 訪問(wèn)或 GPIO 傳輸。為了補(bǔ)償通道插入損耗（該損耗可能很大，具體取決于運(yùn)行速度以及所用電纜的類型或長(zhǎng)度）FPD-Link 解串器利用多種均衡技術(shù)來(lái)恢復(fù)高頻信號(hào)成分并減輕碼間串?dāng)_、反射或外部噪聲產(chǎn)生的影響。

自適應(yīng)均衡器

高速視頻信號(hào)從串行器傳輸?shù)浇獯鞯倪^(guò)程中經(jīng)過(guò)PCB走線、連接器和線束，這些傳輸介質(zhì)都會(huì)衰減信號(hào)幅度，增加信號(hào)噪聲，而且頻率越高，被影響的程度越大。如下圖所示，串行器的輸出數(shù)據(jù)的眼圖為左邊第一幅圖所示，比較清晰、干凈。經(jīng)過(guò)傳輸線以后，眼圖閉合，如中間第二幅圖所示。為了補(bǔ)償傳輸介質(zhì)對(duì)信號(hào)的惡化，F(xiàn)PD Link 器件提供了Equalizer均衡器模塊。這個(gè)模塊放大補(bǔ)償輸入信號(hào)，且對(duì)信號(hào)高頻部分補(bǔ)償?shù)酶啵源藖?lái)部分抵消傳輸通道對(duì)信號(hào)的影響。通過(guò)Equalizer之后，輸入信號(hào)的眼圖重新張開(kāi)，如右邊第三幅圖所示。

由于FPD Link需要適應(yīng)不同類型不同長(zhǎng)度的線束，所以均衡器的高頻增益值分多個(gè)等級(jí)，芯片會(huì)自動(dòng)檢測(cè)輸入信號(hào)的質(zhì)量，自適應(yīng)地設(shè)置最佳的均衡值，這個(gè)自適應(yīng)模塊叫AEQ。該模塊在解串器每次上電時(shí)做一次自適應(yīng)補(bǔ)償，所以即便線束存在老化、溫漂、線束個(gè)體差異等實(shí)際差異時(shí)，AEQ 都能夠自動(dòng)選擇出最佳的補(bǔ)償?shù)燃?jí)。另外，技術(shù)人員也可以讀取上電以后的AEQ 的補(bǔ)償值，如果明顯高于正常值，可以判斷當(dāng)前傳輸通道可能存在短路、松動(dòng)、彎曲等異常情況。

AEQ內(nèi)還集成有CDR（Clock Data Recovery） 電路，集成的鎖相環(huán)電路鎖定輸入數(shù)據(jù)Incoming Data并輸出降噪以后的較干凈的同頻率時(shí)鐘Recovered Clock；同時(shí)這個(gè)干凈時(shí)鐘做為新的采樣時(shí)鐘，在Sampler上對(duì)輸入數(shù)據(jù)重新采樣并輸出，從而達(dá)到濾除輸入數(shù)據(jù)抖動(dòng)、降低碼間串?dāng)_、減少通道間串?dāng)_和恢復(fù)數(shù)據(jù)眼圖的功能。

2.4 高速視頻傳輸(GMSL)

為了解決未來(lái)汽車系統(tǒng)所面臨的問(wèn)題，美信(Maxim)推出了全新下一代GMSL技術(shù)，即吉比特多媒體串行鏈路(GMSL)串行器和解串器，用來(lái)支持未來(lái)ADAS和信息娛樂(lè)系統(tǒng)要求的寬帶、互聯(lián)復(fù)雜度和數(shù)據(jù)完整性的要求。

GMSL技術(shù)可以支持4K的數(shù)據(jù)傳輸流，采用同軸電纜或雙絞線介質(zhì)時(shí)，支持長(zhǎng)達(dá)15米的傳輸距離，該產(chǎn)品滿足業(yè)界最為嚴(yán)苛的EMC。支持視頻的匯聚與分割，同時(shí)還集成了診斷功能，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鏈路傳輸性能。

美信的GMSL可以支持如下多種用法：

1. 支持Video和以太網(wǎng)：

通過(guò)GMSL技術(shù)，可以整合高清視頻和高速以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸，簡(jiǎn)化了車內(nèi)的布局布線，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更為簡(jiǎn)單。

2. 支持多路Video：

針對(duì)多傳感器融合，由于具備視頻切割功能，所以可以使用一個(gè)串行器整合多路視頻數(shù)據(jù)，然后分別送入不同的顯示器。

3. 支持Camera 4通道聚合

在環(huán)視系統(tǒng)中，由于具有視頻匯聚功能，通過(guò)GMSL四通道解串器，可以同時(shí)支持四個(gè)攝像頭的傳輸，大大節(jié)約系統(tǒng)布線的困擾以及FPGA的設(shè)計(jì)成本。

串行器和解串器IC均內(nèi)置擴(kuò)頻功能，以改善鏈路的電磁兼容(EMI)性，無(wú)需外部擴(kuò)頻時(shí)鐘。串行器和解串器系列產(chǎn)品的互操作性允許鏈路兩側(cè)使用不同接口。除驅(qū)動(dòng)高分辨率中央/后排顯示屏和儀表盤外，GMSL SerDes也能勝任百萬(wàn)像素級(jí)攝像系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

與FPD-Link類似，GMSL同樣支持前向高速數(shù)據(jù)傳輸，反向低速控制信號(hào)傳輸?shù)裙δ堋Ｒ虼嗽谲囕d高速音視頻傳輸接口中，通常都會(huì)選擇FPD-Link或者GMSL互為供應(yīng)鏈備份。

2.5 高速視頻傳輸(MIPI A-Phy)

MIPI A-phy是MIPI聯(lián)盟制定的，用于汽車行業(yè)的串行解串器規(guī)范。2015年中期，MIPI聯(lián)盟確定了對(duì)統(tǒng)一的車載連接規(guī)范的需求，該規(guī)范可以滿足汽車行業(yè)對(duì)高帶寬，低時(shí)延，重量輕，功耗低的需求。到2020年6月，MIPI聯(lián)盟宣布已經(jīng)完成MIPI A-Phy V1.0的開(kāi)發(fā)，這是一個(gè)用于汽車應(yīng)用的長(zhǎng)距離SerDes物理層接口。

MIPI聯(lián)盟制定的其他規(guī)范，例如C-Phy，D-Phy，M-Phy，已經(jīng)在消費(fèi)電子類領(lǐng)域廣泛應(yīng)用；但這幾個(gè)規(guī)范都只能在短距離應(yīng)用，最多傳輸15cm。而A-Phy的設(shè)計(jì)則是為了滿足跨越整個(gè)車輛距離的高速數(shù)據(jù)傳輸。它最大傳輸距離能達(dá)到15米；通過(guò)使用STP線纜，增加傳輸通道，A-Phy的傳輸速率可以超過(guò)16Gbps，甚至達(dá)到48Gbps；

采用A-Phy可以直接承載MIPI的CSI-2(用于Camera)和DSI-2(用于Display)協(xié)議，它可以分2步進(jìn)行應(yīng)用。

1. 采用A-Phy技術(shù)設(shè)計(jì)橋接芯片，類似于FPD-Link或者GMSL，可以為客戶提供額外的其他選擇。

2. 直接在Camera，Display顯示屏，以及SOC主芯片內(nèi)部集成A-Phy，消除橋接芯片。

上圖說(shuō)明了配備A-phy的Camera和配備A-phy的ECU或汽車芯片之間最簡(jiǎn)單的直接連接。消除每個(gè)端點(diǎn)的橋接芯片將降低成本，電纜重量，功耗和等待時(shí)間，并提高可靠性。

可以看到，A-phy不是直接跨越式的替換現(xiàn)有的方案，而是通過(guò)兼容性的替代現(xiàn)有的SerDes橋接芯片，最后實(shí)現(xiàn)完全不用橋接芯片的最終方案。這樣的好處是平穩(wěn)過(guò)渡，有利于A-phy的接受和推廣。

A-phy的關(guān)鍵技術(shù)優(yōu)勢(shì)包括：

非對(duì)稱優(yōu)化架構(gòu)。A-PHY從頭開(kāi)始設(shè)計(jì)，用于從攝像機(jī)/傳感器到ECU以及ECU到顯示器的高速非對(duì)稱傳輸，同時(shí)為命令和控制提供并發(fā)的低速雙向通信。與其他/對(duì)稱架構(gòu)相比，優(yōu)化的非對(duì)稱架構(gòu)可簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)并降低成本。

簡(jiǎn)化系統(tǒng)集成并降低成本：對(duì)使用MIPI CSI-2和DSI-2的設(shè)備的原生支持，最終消除了對(duì)橋接IC的需求

遠(yuǎn)距離：15米連接距離；

高性能：5檔速度(2,4,8 和16Gbps)，未來(lái)48Gbps甚至更高；

端到端的功能安全：APHY+CSI2/DSI2可以支持ASILB~ASILD的功能安全；

高可靠性：超低的誤碼率PER,10^-19，可在車輛使用壽命內(nèi)提供空前的性能

移動(dòng)協(xié)議重用。在數(shù)十億智能手機(jī)和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中成功部署后，MIPI協(xié)議已被充分證明可直接用于汽車。

純硬件協(xié)議層。就像在使用D-PHY / C-PHY分層的移動(dòng)應(yīng)用程序中一樣，A-PHY與CSI-2 / DSI-2協(xié)議層緊密耦合，因此基本上在僅具有硬件的協(xié)議層下運(yùn)行，而無(wú)需軟件干預(yù)。該體系結(jié)構(gòu)與其他接口相比，后者具有更高的靈活性，并利用軟件層來(lái)實(shí)現(xiàn)這種靈活性。

針對(duì)布線，成本和重量的優(yōu)化架構(gòu)。由于A-PHY的優(yōu)化的非對(duì)稱架構(gòu)和硬件協(xié)議分層，A-PHY的實(shí)現(xiàn)可以滿足優(yōu)化的布線，成本和重量要求。隨著電子組件及其接口電纜的數(shù)量在實(shí)現(xiàn)自主的道路上增加，這一點(diǎn)變得越來(lái)越重要。

其他協(xié)議的靈活鏈路層支持。MIPI Alliance希望與其他將其本機(jī)協(xié)議應(yīng)用于汽車的組織合作。這包括VESA，它正在調(diào)整其DisplayPort協(xié)議規(guī)范以供汽車使用。為了適應(yīng)這些不斷發(fā)展的規(guī)范，A-PHY包括一個(gè)通用數(shù)據(jù)鏈路層，該層可容納不同的協(xié)議適應(yīng)層，并計(jì)劃支持VESA的車載DisplayPort協(xié)議。

高EMC抗擾性。MIPI已投入大量資金來(lái)分析和測(cè)量惡劣的汽車通道，并得出結(jié)論，基于窄帶干擾消除器（NBIC）和重傳方案（RTS）的體系結(jié)構(gòu)可提供最強(qiáng)大的性能，特別是對(duì)于需要更長(zhǎng)數(shù)據(jù)速率的應(yīng)用距離。

A-phy 協(xié)議：

2.6 高速視頻傳輸(ASA)

ASA(Automotive Serdes Alliance)是汽車Serdes聯(lián)盟的簡(jiǎn)稱。它是由包括70多家公司聯(lián)合組建的，成立于2019年5月。它的創(chuàng)始公司包括BMW，Continental，Broadcom and NXP等。在2020年12月，ASA發(fā)布了1.0 Spec。它是一個(gè)針對(duì)汽車內(nèi)部非對(duì)稱連接(例如，Camera，Display，Sensor等) 的串行-解串通信技術(shù)，稱為ASA Motion Link。它的特性包括如下：

Downlink line rates up to?16Gbps?(up to 64Gbps under development)

Uplink rates greater than 100Mbps

Up to?15m Coaxial?and?10m SDP?channels

Includes Application Stream Encapsulation Protocol (ASEPs) for Video, I2C, Ethernet L2 (GPIO, I2S, embedded DP, SPI, HDI under development)

ASA的roadmap:

1. Gen1：支持Camera和Sensor的連接：采用ASA Serdes承載CSI

2. Gen2：支持Display的連接：采用ASA Serdes承載eDP或者HDMI

三、USB

USB是汽車座艙內(nèi)部通用的數(shù)據(jù)連接通道。在座艙內(nèi)方便的地方設(shè)置USB 接口，可以方便駕駛員，車內(nèi)乘客進(jìn)行充電，連接手機(jī)，U盤，卡拉OK等應(yīng)用。

使用USB插口，首先要考慮數(shù)據(jù)帶寬，其次要考慮插口類型，最后要考慮是否符合車規(guī)標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.1 帶寬

USB-IF組織發(fā)布了全新的USB4 v2.0規(guī)范，帶來(lái)了新一代的USB 80Gbps接口，還有全新的命名體系。

首先說(shuō)回到UBS4 2.0或者說(shuō)USB 80Gbps，其最主要的變化在于帶寬再次翻番來(lái)到了80Gbps，這得益于新的基于PAM3信號(hào)編碼機(jī)制的物理層架構(gòu)，同時(shí)還有新定義的80Gbps有源數(shù)據(jù)線。在特定應(yīng)用場(chǎng)景中，比如8K超高清顯示，USB 80Gbps還可以配置為非對(duì)稱編碼異步傳輸模式，一個(gè)方向可以高達(dá)120Gbps，從而足夠承載DP 2.0/2.1 UHBR20信號(hào)，另一個(gè)方向則是40Gbps。

同時(shí)USB 80Gbps升級(jí)了數(shù)據(jù)和顯示協(xié)議，可以更好地利用帶寬，其中數(shù)據(jù)傳輸支持20Gbps的高帶寬，顯示傳輸則和DP 2.0、PCIe 4.0相互打通，共享PHY物理層，從而一個(gè)接口搞定高速數(shù)據(jù)、顯示。當(dāng)然了，USB 80Gbps依然保持向下兼容，而且只有USB Type-C一種接口形式。

在接口的命名規(guī)則方面，USB接口將統(tǒng)一以傳輸帶寬命名，USB4 v2.0對(duì)應(yīng)USB 80Gbps，USB4對(duì)應(yīng)USB 40Gbps，USB 3.2 Gen2x2對(duì)應(yīng)20Gbps，USB 3.2 Gen2對(duì)應(yīng)USB 10Gbps，USB 3.2 Gen1對(duì)應(yīng)USB 5Gbps……更古老的USB 2.0、USB 1.0保持不變，因?yàn)樗鼈兊乃俣忍耍€停留在Mbps數(shù)量級(jí)。如果改叫USB 480Mbps，不但麻煩還容易引起誤會(huì)。

3.2 接口

USB Type-C是一種USB接口外形標(biāo)準(zhǔn)，擁有比Type-A及Type-B均小的體積，既可以應(yīng)用于PC（主設(shè)備）又可以應(yīng)用于外部設(shè)備（從設(shè)備，如手機(jī)）的接口類型 。USB Type-C有4對(duì)TX/RX分線，2對(duì)USBD+/D-，一對(duì)SBU，2個(gè)CC，另外還有4個(gè)VBUS和4個(gè)地線。

4* Tx/Rx ：一共4對(duì)高速信號(hào)差分線。可以傳輸4-lane DP信號(hào)，或者4-lane的USB 10Gbps信號(hào)；USB10Gbps信號(hào)只需要2對(duì)差分信號(hào)線(Tx+/Tx- and Rx+/Rx-) 即可傳輸；其他2對(duì)差分信號(hào)線是為了支持正反插而設(shè)計(jì)的。

2*D+/D-：2對(duì)USB D+/D-信號(hào)線。可以用來(lái)連接USB2.0，或者USB1.0，支持正反插。當(dāng)選擇使用DP+USB2.0模式時(shí)，可以支持ARVR；

2*CC：用于Power Delivery模塊(簡(jiǎn)稱PD)的通訊。CC線首先用來(lái)判斷設(shè)備插入的方向，正插(CC1)或者反插(CC2)。

2*SBU：其他輔助用途。例如，在用于DP模式時(shí)，SBU作為DP協(xié)議中的AUX_P/AUX_N差分線，負(fù)責(zé)傳輸設(shè)備的DPCD，EDID等信息。

4*VBus and4*GND：用于供電。VBus提供默認(rèn)的5V@500mA供電能力。但是如果需要進(jìn)行快充，則額外的USB電力傳輸需要使用特殊的供電模塊。

3.3 供電

2021年5月25日，USB-IF協(xié)會(huì)推出了USB PD3.1最新快充標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，其中更新了有關(guān)供電能力的章節(jié)。USB PD3.1規(guī)范將原來(lái)的USB PD3.0內(nèi)容歸到標(biāo)準(zhǔn)功率范圍（Standard Power Range，簡(jiǎn)稱SPR）里面，最大功率保持100W不變；同時(shí)增加了擴(kuò)展功率范圍（Extended Power Range，簡(jiǎn)稱EPR），最大功率由100W擴(kuò)展到240W。

從具體的實(shí)現(xiàn)案例來(lái)看，目前的PD芯片可以支持單口或者雙口供電，并且可以實(shí)現(xiàn)雙口動(dòng)態(tài)功率調(diào)節(jié)。也就是說(shuō)，假設(shè)總功率為100W，每個(gè)VBus可以分配為65W/35W。

當(dāng)需要達(dá)到100W的充電功率時(shí)，一般電壓會(huì)為20V，電流達(dá)到5A。15W的充電功率，電壓為5V，電流為3A。

3.4 DP ALT Mode

DP ALT mode 允許通過(guò)一根電纜，使用標(biāo)準(zhǔn)的Type-C接口，承載USB2.0, USB 10Gbps, DP, VBus等信號(hào)，如下圖所示應(yīng)用實(shí)例：

Type-C的管腳定義如下：

在USB-IF組織發(fā)布的USB/DP ALT mode V1.0規(guī)范中，采用同一個(gè)Type-C接口，可以承載如下的信號(hào)組合：

USB 10Gbps 4lane (正反插) + USB2.0+VBus：這就是USB 10Gbps的常規(guī)連接方式；

DP 4Lane+USB2.0+VBus：這時(shí)，高速的4對(duì)lane全部給DP使用，同時(shí)支持USB2.0和供電，Aux_CH用于DP交互和信號(hào)傳輸質(zhì)量的協(xié)商，CC用于檢測(cè)識(shí)別插入：

DP 2Lane+USB3 2Lane+USB2.0+VBus：這時(shí)，2對(duì)高速差分線給DP使用，2對(duì)給USB 10Gbps使用，同時(shí)還支持USB2.0和VBus供電。

Virtual Link(非標(biāo)準(zhǔn)模式)：這種模式非USB-IF組織定義的DP ALT mode 范疇，是部分公司定義的私有協(xié)議，可用于VR應(yīng)用。在這種模式下，4對(duì)高速差分線全部給DP使用，2對(duì) USB D+/D-將被用于USB 10Gbps，當(dāng)作Tx+/Tx- 和 Rx+/Rx-來(lái)使用。

如何觸發(fā)DP ALT Mode

Type-C Alt Mode 大致配置流程如下：

USB 連接 通過(guò)CC偵測(cè)到；

VBUS 引腳 提供默認(rèn)電源配置 5V@500mA；

VBUS 所需的額外USB電力傳輸可以進(jìn)行協(xié)商，Battery Charge 1.2（BC 1.2）或USB PD 都可以選擇；

使用 結(jié)構(gòu)化 供應(yīng)商定義報(bào)文（VDM） 需要USB PD 來(lái)發(fā)送來(lái)協(xié)商 Alt Mode 握手；

USB 枚舉；

如果 DP Alt Mode 協(xié)商已經(jīng)完成，繼續(xù)進(jìn)行DP link training來(lái)建立DP連接；

USB和DP通道準(zhǔn)備就緒進(jìn)行Type-C 數(shù)據(jù)和視頻信號(hào)傳輸；

3.5 車規(guī)

在智能座艙環(huán)境下，USB Type-C接口和線纜還需要滿足車規(guī)的標(biāo)準(zhǔn)。這里車規(guī)的含義，包括環(huán)境溫度和接插件的穩(wěn)固程度。除了暴露給用戶可見(jiàn)的Type-C接口與消費(fèi)類電子相似之外，其他與車內(nèi)零部件連接的接插件和線纜都要滿足車規(guī)的標(biāo)準(zhǔn)，以應(yīng)對(duì)惡劣的車內(nèi)環(huán)境，以及更長(zhǎng)的使用周期限制。

一般來(lái)說(shuō)，車內(nèi)使用的USB接口與線纜，需要考慮如下幾個(gè)因素：

傳輸距離：通常來(lái)說(shuō)，USB 10Gbps信號(hào)線傳輸長(zhǎng)度在1米到5米之間。如果超過(guò)2米，一般都要在Sink端增加Redriver芯片，否則信號(hào)眼圖將會(huì)閉合，無(wú)法傳輸；

工作溫度：接插件和線纜的工作溫度要滿足AEC-Q100 Grade2的標(biāo)準(zhǔn)，也就是達(dá)到-40°~+105°；

電磁屏蔽：由于車內(nèi)電磁屏蔽的要求，線纜需要帶屏蔽層才能保證較好的EMC電磁兼容性；

穩(wěn)固程度：由于汽車運(yùn)行環(huán)境存在顛簸，所以一般消費(fèi)級(jí)的連接器無(wú)法應(yīng)用在車內(nèi)，需要考慮專用的接插器件，保證連接的穩(wěn)固；

3.6 Redriver

中繼器，有一個(gè)接收器和一個(gè)發(fā)射器，在接收器端，它通過(guò)它的均衡器（EQ）扮演著一個(gè)信號(hào)調(diào)節(jié)的角色。本質(zhì)上講，接收器為輸入頻道損耗提供補(bǔ)償，如果不這么做，會(huì)導(dǎo)致額外的時(shí)鐘抖動(dòng)。經(jīng)過(guò)均衡后的信號(hào)便會(huì)被發(fā)射器中繼。發(fā)射器同樣可以選擇去加重（DE）或者預(yù)加重（PE），DE 是信號(hào)低頻分量的衰減，而PE 則是高頻分量的增強(qiáng)。這兩個(gè)技術(shù)都可以預(yù)補(bǔ)償中繼器發(fā)射端的輸出信號(hào)損耗。

當(dāng)信號(hào)經(jīng)過(guò)被動(dòng)式的媒介比如PCB走線時(shí)，它會(huì)線性衰減。無(wú)論線路輸入端信號(hào)幅度如何，PCB線路都會(huì)使它衰減一定比率。一個(gè)完善的中繼器應(yīng)當(dāng)恰恰相反，無(wú)論其輸入端的幅值如何，將信號(hào)放大一定比率。這樣的中繼器便是線性中繼器，他的作用就是移除PCB走線的影響。

四、短距無(wú)線連接

隨著汽車智能化的發(fā)展與新型電子電氣架構(gòu)的演進(jìn)，傳統(tǒng)車內(nèi)有線通信技術(shù)存在著諸多痛點(diǎn)：

線束長(zhǎng)度增加：由于智能化與自動(dòng)化的發(fā)展，車內(nèi)傳感器和執(zhí)行器均大幅增加。采用有線技術(shù)連接，則線束長(zhǎng)度，重量，成本會(huì)帶來(lái)更大影響；

線束安裝困難：線束安裝強(qiáng)依賴于人工，線束安裝的成本占人工成本的50%；基于有線連接的車載部件難以靈活升級(jí)，更增加了后期的維護(hù)與升級(jí)成本；

接插件數(shù)量多：由于線束連接，導(dǎo)致車內(nèi)接插件數(shù)量顯著增加。由于車內(nèi)電磁干擾等影響，一定場(chǎng)景下有接插件失效的危險(xiǎn)；

因此，為了滿足車輛生產(chǎn)制造過(guò)程中的成本控制，靈活部署，降低重量等需求，并且在座艙娛樂(lè)系統(tǒng)中方便用戶體驗(yàn)，以車內(nèi)短距無(wú)線連接代替部分有線連接，完成數(shù)據(jù)傳輸和控制功能成為發(fā)展重點(diǎn)。當(dāng)前，電池管理系統(tǒng)，車載信息娛樂(lè)系統(tǒng)，無(wú)鑰匙進(jìn)入，胎壓監(jiān)測(cè)等車載應(yīng)用出現(xiàn)了無(wú)線化的需求。車載應(yīng)用功能對(duì)短距無(wú)線通信技術(shù)提出了“低時(shí)延，高可靠，精同步，高并發(fā)，高安全，低功耗”的要求。下面將介紹用于智能座艙的車內(nèi)短距無(wú)線通信技術(shù)，而用于車云一體化和車聯(lián)網(wǎng)的5G+V2X通信模塊則暫不涉及。

4.1 Wi-Fi

Wi-Fi是IEEE 發(fā)布的802.11協(xié)議家族，其發(fā)展歷程和技術(shù)原理紛繁復(fù)雜，在此不多做介紹。目前在車內(nèi)座艙環(huán)境中，為了引入對(duì)用戶設(shè)備無(wú)線連接的支持，以及車機(jī)手機(jī)互聯(lián)的需要，智能座艙域控制器中需要增加Wi-Fi模塊的支持。

802.11協(xié)議發(fā)展歷程

Wi-Fi 帶寬計(jì)算：

整機(jī)速率 = 空間流數(shù)量 * 1/(Symbol+GI) * 編碼方式 * 碼率 * 有效子載波數(shù)量

空間流數(shù)量

空間流，即Wi-Fi AP與Station之間建立的空間數(shù)據(jù)流。2*2代表有2條數(shù)據(jù)流。8*8就代表有8條空間數(shù)據(jù)流。對(duì)于發(fā)送方來(lái)說(shuō)，有幾條空間流，就需要有幾根天線。

Symbol與GI

Symbol就是時(shí)域上的傳輸信號(hào)，相鄰的兩個(gè)Symbol之間需要有一定的空隙（GI），以避免Symbol之間的干擾。不同Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)下的間隙也有不同，一般來(lái)說(shuō)傳輸速率較快時(shí)GI需要適當(dāng)增大。

編碼方式 (bit數(shù)/Symbol)

編碼方式就是調(diào)制技術(shù)，即1個(gè)Symbol里面能承載的bit數(shù)量。從Wi-Fi 1到Wi-Fi 6，每次調(diào)制技術(shù)的提升，都能至少給每條空間流速率帶來(lái)20%以上的提升。

碼率

理論上應(yīng)該是按照編碼方式無(wú)損傳輸，但現(xiàn)實(shí)沒(méi)有這么美好。傳輸時(shí)需要加入一些用于糾錯(cuò)的信息碼，用冗余換取高可靠度。碼率就是排除糾錯(cuò)碼之后實(shí)際真實(shí)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)碼占理論值的比例。

有效子載波數(shù)量

載波類似于頻域上的Symbol，一個(gè)子載波承載一個(gè)Symbol，不同調(diào)制方式及不同頻寬下的子載波數(shù)量不一樣。

下表給出了Wi-Fi速率的計(jì)算表格：

對(duì)于Wi-Fi6 8*8的配置來(lái)說(shuō)，最大可支持空間8流，因此802.11ax在8*8的條件下，最大帶寬為 1.2Gbps * 8 = 9.6Gbps；

注意，如果AP和手機(jī)建立連接，而手機(jī)只支持2*2，那么單個(gè)手機(jī)與AP的連接也只有2流，其最大速率只有2.4Gbps；有些Wi-Fi 模組支持雙頻并發(fā)(DBS with dual mac)，此時(shí)代表在2.4GHz 和 5G Hz兩個(gè)頻段上并發(fā)傳輸，速率標(biāo)記為2*2+2*2，實(shí)際最高帶寬可接近3Gbps。

4.2 BT

藍(lán)牙 (BlueTooth) 技術(shù)是一種無(wú)線數(shù)據(jù)與語(yǔ)音通信的開(kāi)放性全球規(guī)范，它以低成本的近距離無(wú)線連接為基礎(chǔ)，為固定設(shè)備或移動(dòng)設(shè)備之間的通信環(huán)境建立通用的無(wú)線電空中接口（Radio Air Interface），將通信技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)一步結(jié)合起來(lái)，使各種3C設(shè)備在沒(méi)有電線或電纜相互連接的情況下，能在近距離范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)相互通信或操作。簡(jiǎn)單的說(shuō)，藍(lán)牙技術(shù)是一種利用低功率無(wú)線電在各種3C設(shè)備間彼此傳輸數(shù)據(jù)的技術(shù)。藍(lán)牙工作在全球通用的2.4GHz ISM（即工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué)）頻段，使用IEEE802.15協(xié)議。

藍(lán)牙規(guī)范可分為兩個(gè)層次：

Core Specification（核心規(guī)范）：用于規(guī)定藍(lán)牙設(shè)備必須實(shí)現(xiàn)的通用功能和協(xié)議層次。它由軟件和硬件模塊組成，兩個(gè)模塊之間的信息和數(shù)據(jù)通過(guò)主機(jī)控制接口（HCI）的解釋才能進(jìn)行傳遞。這個(gè)是必選。

Profiles（藍(lán)牙應(yīng)用規(guī)范）：它從應(yīng)用場(chǎng)景的角度為藍(lán)牙技術(shù)的使用制定了不同的規(guī)范。這也是和大眾日常生活接觸最多的一部分。藍(lán)牙支持很多Profiles，它是可選的。

Core Specification 包含2種技術(shù)：BR和LE，這兩種技術(shù)，都包括了搜索，管理，連接等機(jī)制，但它們之間是獨(dú)立發(fā)展的，因此BT設(shè)備最好能同時(shí)支持BR和LE，這樣在設(shè)備進(jìn)行互聯(lián)時(shí)，可以根據(jù)實(shí)際需要，確保最大的兼容

1.Basic Rate (BR)

BR也稱為經(jīng)典藍(lán)牙技術(shù)，它包括可選（optional）的EDR（Enhanced Data Rate）技術(shù)，以及交替使用的（Alternate）的MAC層和PHY層擴(kuò)展（簡(jiǎn)稱AMP）。對(duì)于EDR來(lái)說(shuō)，最高傳輸速率可以達(dá)到2.1Mbps；對(duì)于AMP來(lái)說(shuō)，它借用了Wi-Fi的PHY層和MAC層，因此最高速率可以達(dá)到54Mbps。由于EDR采用的是BT自身的PHY層，而AMP采用的是Wi-Fi的MAC與PHY，因此EDR和AMP是需要交替使用的(Alternate mode)。簡(jiǎn)單的說(shuō)就是兩個(gè)BT設(shè)備先在EDR上完成了點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接，然后再協(xié)商是否都遷移到AMP上去，以實(shí)現(xiàn)更高的傳輸速率。

2.Low Energy (LE)

LE的重點(diǎn)是低功耗。它主要通過(guò)幾個(gè)低功耗組件來(lái)實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙設(shè)備的發(fā)現(xiàn)，管理，連接等功能。

GATT：表示服務(wù)器屬性和客戶端屬性，描述了屬性服務(wù)器中使用的服務(wù)層次，特點(diǎn)和屬性。BLE設(shè)備使用它作為藍(lán)牙低功耗應(yīng)用規(guī)范的服務(wù)發(fā)現(xiàn)。

ATT：實(shí)現(xiàn)了屬性客戶端和服務(wù)器之間的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議。ATT客戶端給ATT服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求命令，ATT服務(wù)器端向ATT客戶端發(fā)送回復(fù)和通知。

SMP：用于生成對(duì)等協(xié)議的加密密鑰和身份密鑰。SMP管理加密密鑰和身份密鑰的存儲(chǔ)，它通過(guò)生成和解析設(shè)備的地址來(lái)識(shí)別藍(lán)牙設(shè)備。

L2CAP：管理連接間隔，例如10ms同步一次。它對(duì)LL進(jìn)行一次簡(jiǎn)單封裝，LL只關(guān)心數(shù)據(jù)本身，L2CAP就要區(qū)分是加密通道還是普通通道，同時(shí)還對(duì)連接間隔進(jìn)行管理。

藍(lán)牙常用的一些Profile：

1.A2DP：

全稱為 Advances Audio Distribution Profile ，高質(zhì)量音頻分發(fā)規(guī)范，定義了如何將立體聲(Stereo)質(zhì)量的音頻通過(guò)流媒體的方式從媒體源傳輸?shù)浇邮掌魃希珹2DP使用Asynchronous Connectionless Link（ACL，藍(lán)牙異步傳輸）信道傳輸高質(zhì)量音頻內(nèi)容，它依賴于Generic Audio/Video Distribution Profile（GAVDP，通用音頻/視頻分發(fā)規(guī)范）。A2DP必須支持低復(fù)雜度及Sub-bandCodec（SBC，低帶寬編解碼）。A2DP有兩種應(yīng)用場(chǎng)景分別是播放和錄音。

播放場(chǎng)景是具有藍(lán)牙功能的播放器通過(guò)A2DP向藍(lán)牙耳機(jī)或藍(lán)牙立體聲揚(yáng)聲器傳送高質(zhì)量音頻。

錄音場(chǎng)景是具有藍(lán)牙功能的麥克風(fēng)通過(guò)A2DP向藍(lán)牙錄音器傳送高質(zhì)量音頻。

2.AVRCP(Audio/Vedio Remote control profile)

音視頻遠(yuǎn)程控制規(guī)范，它可以控制音視頻流的協(xié)議，進(jìn)行暫停，播放，停止，音量控制等。AVRCP協(xié)議定義了2個(gè)角色：

Target：被控制的目標(biāo)設(shè)備，接收命令并按命令響應(yīng)，例如電視，手機(jī)等；

Controller：遠(yuǎn)程控制端設(shè)備，發(fā)送控制命令到Target端，例如遙控器等；

3. HFP (Hands-Free Profile)

免提通話規(guī)范。定義了藍(lán)牙音頻網(wǎng)關(guān)設(shè)備如何通過(guò)藍(lán)牙免提設(shè)備撥打和接聽(tīng)電話。HFP包括兩個(gè)角色：Audio Gateway（AG，音頻網(wǎng)關(guān)）和Hands-Free Unit（HF，免提設(shè)備）。

AG 是音頻輸入和輸出的設(shè)備，典型的AG設(shè)備是手機(jī)。

HF是執(zhí)行音頻網(wǎng)關(guān)的遠(yuǎn)程音頻輸入輸出設(shè)備，如耳機(jī)或者車載音響系統(tǒng)。

和HFP相關(guān)的規(guī)范有Headset Profile(HSP，耳機(jī)規(guī)范)，Phonebook Access Profile(PBAP，電話簿訪問(wèn)規(guī)范)。

藍(lán)牙的發(fā)展歷程

4.3 UWB

UWB(Ultra Wide Band, 超寬帶)技術(shù)是一種使用1GHz以上頻率帶寬的無(wú)線載波通信技術(shù)。它不采用正弦載波，而是利用納秒級(jí)的非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù)，因此其所占的頻譜范圍很大，盡管使用無(wú)線通信，但其數(shù)據(jù)傳輸速率可以達(dá)到幾百兆比特每秒以上。使用UWB技術(shù)可在非常寬的帶寬上傳輸信號(hào)，美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）對(duì)UWB技術(shù)的規(guī)定為：在3.1~10.6GHz頻段中占用500MHz以上的帶寬。

UWB的特點(diǎn)很多，其中一個(gè)特點(diǎn)是定位精確。

“沖激脈沖具有很高的定位精度。采用UWB技術(shù)，很容易將定位與通信合一，而常規(guī)無(wú)線電難以做到這一點(diǎn)。UWB技術(shù)具有極強(qiáng)的穿透能力，可在室內(nèi)和地下進(jìn)行精確定位，而GPS(全球定位系統(tǒng))只能工作在GPS定位衛(wèi)星的可視范圍之內(nèi)。與GPS提供絕對(duì)地理位置不同，超寬帶無(wú)線電定位器可以給出相對(duì)位置，其定位精度可達(dá)厘米級(jí)，此外，超寬帶無(wú)線電定位器在價(jià)格上更為便宜。”

在智能座艙上，目前UWB有3個(gè)應(yīng)用方向：

1.無(wú)鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)

2. 汽車迎賓系統(tǒng)

由于UWB具有定位精確的特性，因此可以在較遠(yuǎn)的地方就能感知到攜帶UWB鑰匙的乘客靠近。此時(shí)可以啟動(dòng)相對(duì)應(yīng)的迎賓系統(tǒng)，給用戶以更佳的體驗(yàn)感受。

3. 車內(nèi)兒童檢測(cè)

歐洲NCAP計(jì)劃從2023年1月起增加對(duì)車內(nèi)兒童存在檢測(cè)的評(píng)分，各項(xiàng)規(guī)定非常細(xì)致。美國(guó)正在立法要求所有新車預(yù)裝兒童存在檢測(cè)功能，預(yù)計(jì)在2025年全面實(shí)施。據(jù)說(shuō)國(guó)內(nèi)相關(guān)規(guī)范也在評(píng)估制訂中。

“將兒童單獨(dú)留在停放的車內(nèi)，即使只有幾分鐘，也可能導(dǎo)致中暑和死亡，尤其是當(dāng)汽車暴露在陽(yáng)光下時(shí)。兒童無(wú)法自行下車，再加上對(duì)高溫的耐受性較低，因此要求兒童不得留在車內(nèi)無(wú)人看管。溫度可以在短短15分鐘內(nèi)達(dá)到臨界水平，讓窗戶半開(kāi)著幾乎不能減少威脅。與車禍相比，兒童死于車輛相關(guān)中暑的情況較少發(fā)生，但這些完全可以避免的死亡的性質(zhì)值得特別關(guān)注，因?yàn)榻鉀Q車內(nèi)兒童體溫過(guò)高問(wèn)題的技術(shù)已經(jīng)存在。”以上文字來(lái)自歐洲NCAP關(guān)于兒童存在檢測(cè)的測(cè)試與評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)的直接翻譯。

用于車內(nèi)兒童檢測(cè)的技術(shù)，直接傳感器方式有攝像頭，毫米波雷達(dá)，UWB雷達(dá)等幾種方式。

UWB雷達(dá)發(fā)射UWB脈沖信號(hào)，并接收該脈沖信號(hào)經(jīng)障礙物反射后的回波，通過(guò)對(duì)回波擾動(dòng)的分析來(lái)判斷UWB雷達(dá)附近是否存在物體（或人）。具體來(lái)講，UWB雷達(dá)通過(guò)接收到的CIR（Channel Impulse Response信道脈沖響應(yīng)）來(lái)探測(cè)周圍物體及其運(yùn)動(dòng)。可以通過(guò)它來(lái)檢測(cè)兒童的呼吸，心跳等。

相比攝像頭，UWB雷達(dá)沒(méi)有隱私風(fēng)險(xiǎn)，可以穿透毯子，后向安全座椅等。相比毫米波雷達(dá)，它的成本相對(duì)較低，且沒(méi)有無(wú)線電合規(guī)的風(fēng)險(xiǎn)。

根據(jù)2021年11月我國(guó)工信部頒布的《汽車?yán)走_(dá)無(wú)線電管理暫行規(guī)定》：24G毫米波雷達(dá)已經(jīng)禁止在新車上使用；77G毫米波雷達(dá)主要用于自適應(yīng)巡航、防撞、盲點(diǎn)探測(cè)等應(yīng)用；60G毫米波雖是目前艙內(nèi)雷達(dá)使用的主要頻段，但工信部本次規(guī)定尚未包含對(duì)60GHz頻段的說(shuō)明。

4.4 星閃SparkLink

星閃無(wú)線短距通信技術(shù)SparkLink，主要由星閃聯(lián)盟制定和發(fā)布。針對(duì)包括汽車領(lǐng)域在內(nèi)的關(guān)鍵應(yīng)用場(chǎng)景及其需求，定義了從接入層到基礎(chǔ)應(yīng)用層的端到端標(biāo)準(zhǔn)體系。

星閃技術(shù)提供SLB（SparkLink Basic，星閃基礎(chǔ)接入技術(shù)）和SLE（Sparklink Low Energy，星閃低功耗接入技術(shù)）兩種無(wú)線通信接口。

一方面，SLB支持20s的單向時(shí)延、99.999%的傳輸可靠性和1s的同步精度，主要用于承載以車載主動(dòng)降噪、無(wú)線投屏、工業(yè)機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制等為代表的業(yè)務(wù)場(chǎng)景，其顯著特征是低時(shí)延、高可靠、精同步和高并發(fā)等。

另一方面，SLE支持250s的雙向交互、低至-110dBm的接收機(jī)靈敏度和多達(dá)256個(gè)用戶的并發(fā)接入，主要用于承載包括耳機(jī)音頻傳輸、無(wú)線電池管理系統(tǒng)、工業(yè)數(shù)據(jù)采集在內(nèi)的具備低功耗要求的業(yè)務(wù)場(chǎng)景。

在汽車領(lǐng)域，星閃技術(shù)的主要應(yīng)用場(chǎng)景有：

車載主動(dòng)降噪

無(wú)鑰匙進(jìn)入

車載免提通話

車機(jī)手機(jī)互聯(lián)

無(wú)線電池管理系統(tǒng)

營(yíng)運(yùn)車輛全景環(huán)視

無(wú)線氛圍燈

審核編輯：黃飛