1. 场景起源
1.1 原始时代:
在古老的很久很久以前,摄像头和显示屏等接口是多种多样的,丰富多彩的。大家各凭本事,各显神通,在各种地盘上成立各种帮派。比如CVBS、DVP、AHD、USB。
- CVBS,包括后面的AHD,模拟信号传输。分辨率在480p或者720p。
- DVP是并行数据接口,一般是BT656/BT1120,拥有多根数据线。传输时钟在几十兆,传输速率较低,分辨率一般在720p,不超过1080p。以下为BT656/BT1120时序示意图:
1.2 MIPI
随着性能的提升,像素也在不断加大,低速接口终究是会被淘汰,高速接口也面临降本增效的阶段了。
MIPI (Mobile Industry Processor Interface)联盟的出现,促使单一的接口技术逐渐成为主流。那个百家争鸣的时代,一去不返了。
MIPI将物理层和协议层分离,同样的协议层可以搭不同的物理层,使接口更加灵活,满足各个场景需求。
1.3 长距离传输和Serdes
MIPI最初是针对移动设备场景的,受环境和线路影响,CDPHY的物理线路长度一般在十几厘米以内,并不适用于长距离的信号传输。
很久以来,长距离传输使用CVBS,USB,或者直接用网线,来将远处的数据接入设备。比如台式机广泛使用USB的电脑摄像头UVC,只需要插入USB口,就可以直接通过USB设备,将摄像头数据采集到电脑。还有安防监控领域,使用网线通过网络协议传输视频数据。在车载监控领域,直接使用CVBS/AHD的模拟信号传输数据,这种方式最大支持720P的分辨率。如果数据量继续加大,分辨率和帧率继续提高,便只能另想办法。这就是目前桥接芯片的主要目的。
SERDES,即 Serializer / Deserializer,广泛应用于高速数据传输场景。将并行数据转化为串行数据,通过高速差分信号实现高速通信。
在车载视频场景下,Serdes起到中继和路由的功能。一般需要分别用到Serializer / Deserializer两颗芯片,实现数据的中转传输。
2. 车载视频场景介绍
目前车载Serdes领域,不同的厂商可能使用不同的通信方式,市场占有率最高的是美信和TI。
[图片]
3. GSML和MAX96722概述
GSML分为GSML1和GSML2. 总体上说功能是一样的,就是中继信号、路由信号这两个,只是速率和灵活性上的提升。
GSML通过桥接的方式,在摄像头和SOC端架起桥梁,实现长距离传输。同时,可以使用多对一或则一对多的信号路由,比如将多个摄像头的图像分别或者拼接后传输到一路,也可以将某一路图像发送到多个接受端。
MAX96722是美信的一款解串器,支持四路GMSL2到4路MIPI-CSI2的数据桥接,兼容GMSL1。
3.1 视频管道
GSML的数据通过视频管道video pipe的方式组织起来,在Serdes两端单向传输。video pipe相当于CSI中的虚拟通道,用来标记不用的视频流。比如摄像头1的图像在管道1传输动,摄像头2的数据管道在管道2传输。可以将不同的管道输出到任意指定的输出端口,实现路由。
其中,GMSL1只支持输入端到定向管道,每个链接只能选择一路数据进入。GMSL2可以支持自由映射。MAX96722最多支持8个管道,在GMSL1只会用到4个管道,但是在GMSL2可以用8个管道实现4路2DOL HDR的数据传输。
3.2 设备控制
GMSL支持设备控制数据透传。由于远端设备没有直接接入SOC,因此无法通过SOC直接控制。GMSL可以直接将解串器收到的I2C信号,通过GMSL直接传输到串行器。每个通道支持两个额外的通道将I2C/UART/GPIO控制透传到远端设备,每个GMSL通道可以单独配置。
- I2C/UART
MAX96722有三个I2C接口,都可以访问自己和远程的设备寄存器,一般使用一个作为主接口控制MAX96722,另外两个可以用来透传到串行器端。
每一个GMSL2链接都提供了专用的控制通道,可以独立地分配给任何一个I2C端口。I2C端口可以通过这个GMSL2提供的通道,来访问远端的串行器和外围设备。
此外,每一个GMSL2链接还提供了一对额外的透传隧道,以供远端的外围设备通讯。对于给定的GMSL2链接,透传隧道可以分配给2组I2C/UART接口,只要该接口没有被分配给控制通道。
远端的串行器只能通过GSML2链接的控制通道访问,由于控制通道只支持一个端口,因此同一时间只能支持一个I2C接口的访问。默认是I2C接口0路由到远端的串行器,剩下两个没被分配的端口,可以通过GMSL2的透传隧道进行远端的外围设备访问。
GMSL1不支持透传通道,因此只能通过控制通道访问远端的串行器和外围设备。
I2C接口除非被禁用,否则都可以访问MAX96722本地解串器的寄存器,不能被断开。所以三个I2C接口永远都可以访问MAX96722自己的寄存器。
- GPIO
当本地的指定IO发生变化时,GMSL2链接可以创建一个GPIO的通讯数据包,把本地的IO变化透传到远端,这个操作是双向的。默认GPI和GPO是一一对应的,但是可以通过配置修改,一个GPI也可以映射到对端的多个GPO。GPIO的状态,通过两端的I2C都可以访问。
GPI有两种传输方式:- 延时补偿delay-compensated
当远端需要精确同步时,就用延时补偿,这时候延时时间是精确的固定值,会增加延时但是抖动和扭曲减少。 - 和非延时补偿non-delay-compensated。
当需要最小延时时,使用非延时补偿模式,这时候GPI的变化会尽快地通过链接上可用的带宽同步给对端,对于快速中断响应应当使用这个模式。
- 延时补偿delay-compensated
3.3 其它功能
MAX96722支持额外的一些功能配置。
-
视频拼接
可以将图像横向或者纵向拼接成一副整图,然后进行传输。 -
VPG
支持生成棋盘图和色条 -
水印
包含两个水印生成器,可以为两路信号提供水印功能,以检测冻帧现象。 -
时序侦测
检测信号的起始,通过pin输出帧同步和行同步信号。 -
CRC/ECC保护
4. MIPI APHY
最初MIPI设定的场景是在移动领域,但随着应用的扩展,其它领域的兼容需求也逐渐变强。在车载领域下,MIPI的物理层并不满足长距离的传输。所以MIPI提出了新的物理层,这就是APHY。APHY可以提供长达15米的通讯距离,和15-48Gbps的传输速率。
同时,MIPI还有意取代当前市场纷乱昂贵的Serdes方案,实现图像广播、合并,配合MIPI CSE协议层进行数据加密、校验、防攻击篡改等安全性功能。
如上图,APHY的方案为了兼容多种场景和不同的成本方案,提供了不同的框架支持。比如不支持MIPI CSE协议的旧系统,外挂APHY Serdes转C/D_PHY的系统,以及最终直接支持APHY不需要Serdes的集成芯片和摄像头模组。
目前,支持APHY的模组和Serdes正在逐步推向市场,是否可以进一步形成车载视频传输的主流方案,我们拭目以待。
5. 参考文档:
GMSL2_Customers_MAX96722_MAX96722B DS & Reg Doc (rev1)
mipi_CSE_specification_v2-0
一文读懂SerDes技术-CSDN博客
max96714资料解读-CSDN博客
汽车以太网发明人押宝SerDes!
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