汽车智能网联大风起，GMSL铺设数据传输的“高速公路”

汽车工业快速发展的主要驱动力是从过去对动力系统的关注，逐渐扩展到不断增长的智能化需求。智能驾驶舱和高级辅助驾驶系统是消费者可以感知的直观体验，各大品牌车企都在炫耀肌肉的道路上积极“碾压”——例如，他们推出了33英寸和9K分辨率的LED超大屏幕，部署了中控和副驾驶的双15.7英寸3K有机发光二极管双屏，后排顶部的大天花板屏幕，6个800万像素摄像头和5个200万像素摄像头，以及1个毫米波雷达+12个超声波雷达+。

在车辆从简单的交通工具向移动出行空间发展的概念趋势下，车辆的功能越来越复杂，数据传输和实时处理的指数级增长对车辆内部通信网络提出了高带宽、低延迟和高可靠性的新要求，成为汽车制造商面临的最大挑战之一。在业内各大半导体厂商祭出的杀手锏中，雅德诺公司的GMSL(Gigabit Multimedia Serial Link)在近20年的演进过程中逐渐脱颖而出，成功在全球车辆中部署了超过5亿个GMSL通信节点，并凭借其更快的数据聚合、保持用于安全应用的数据的完整性、支持系统在车辆多屏显示不同内容等优势，帮助车辆实现更舒适智能的驾驶体验和更安全的自动驾驶目标。

随着智能网的发展，GMSL为数据传输铺设了一条“高速公路”。

高级驾驶辅助系统、高清影音娱乐、多传感器融合、车身智能控制等。变得越来越复杂，并逐渐成为智能汽车的标准。这些配置模块之间的控制信息和影音数据的吞吐量从几百Mbps到几十gpb不等，这是传统汽车无法想象的。因此，实现高速率、高可靠性、低延迟的数据传输系统变得比以往任何时候都更加重要。

与并行总线相比，SerDes是当前主流的时分复用、点对点串行通信技术。信号线之间没有干扰，也没有相同的时序要求。它只需要提高频率就可以进行更高的数据流传输，可以有效满足车载高带宽数据的实时传输要求。根据金并市场研究公司的预测，全球汽车SerDes市场将从2020年的1.94亿美元增长到2026年的3.49亿美元，2021年至2026年的复合年增长率为10.3%。

作为SerDes的一种，GMSL技术广泛应用于车辆中UHD视频、音频、控制信息、组合传感器等数据的高速传输，因为串行器和解串器芯片之间的互操作性允许链路两侧的不同接口。GMSL通信介质支持15m同轴电缆或10m-15m屏蔽双绞线，具有相当的配置灵活性和成本优势，同时满足汽车行业最严格的电磁兼容要求。

GMSL串行/解串数据传输架构示例图

随着汽车总线技术的不断演进，ADI GMSL SerDes产品不断迭代升级——2004年问世的MAX9247/9248是第一代GMSL产品，最大速率1Gbps可传输300万像素的视频流数据；2017年，第二代GMSL产品集成了复杂的诊断功能，并将带宽提升至6Gbps，可轻松传输800万像素(4K/30fps)视频流数据；如今，GMSL的第三代和第四代产品的传输速率可以达到12Gbps。与业内其他解决方案相比，在未来汽车信息娱乐和高级驾驶辅助系统所需的高带宽、复杂模块互联和数据完整性保障方面，GMSL的竞争优势进一步凸显。

ADI公司GMSL差分信号传输产品的RD历史

1.智能驾驶舱的多屏进化“不止大”

奔驰母公司戴姆勒的首席设计官戈登·瓦格纳(Gordon Wagner)曾指出“屏幕是通向数字世界的窗户，屏幕是新的马力”。目前，除了中央控制台之外，汽车驾驶舱中的驾驶控制装置的仪表板和后座娱乐显示屏的尺寸也在不断增大，分辨率也在逐渐提高。不仅如此，汽车制造商正在积极尝试增加后视镜显示器，以投射来自后置摄像头的图像。未来，高清多屏互联不仅尺寸更大、画质更清晰，还能更灵活有效地与智能车载系统互联，极大提升用户驾驶体验，开辟完美的“第三生活空间”。

中控显示屏越来越大，清晰度越来越高，视频数据信息传输的带宽需求也越来越高。

从实现架构来看，车载显示器的数量和分辨率不断增加，与车载SoC系统互联的复杂度也与日俱增。一核多屏架构有望取代单核单屏的传统方案，利用硬件虚拟化技术，在同一硬件平台上实现多屏的显示和交互控制。基于GMSL SerDes技术，视频源数据可以从处理器单元返回到每个车载显示屏，不同的内容可以在多个屏幕上显示。作为双向传输连接，GMSL还可以进行控制信号的传输和多路集成，如触摸检测、显示屏的信息处理等。由于GMSL串行器可以驱动多达四个解串器，因此理论上可以同时传输四个屏幕的数据信息。

在支持车载显示屏像素的提升方面，目前主流的第三代GMSL产品已经能够实现800万像素、4K分辨率的视频数据传输，这得益于GMSL针对VESA和MIPI支持的显示流压缩技术，能够针对高端电子设备的高质量音视频传输需求，实现3:1无损压缩视频信号传输。此外，兼容不同类型车载屏幕的数字接口是高速通信链路设计中的另一个挑战。GMSL不仅支持显示屏的DP/EDP、DSI等主流接口，还支持MIPI CSI-2接口，用于大部分高清摄像机视频数据传输。值得一提的是，每一代GMSL产品都兼容芯片引脚上的PCB设计，使新一代SerDes芯片可以前向兼容匹配，帮助客户无缝升级更换SerDes产品，降低整体成本，简化驾驶舱系统数据传输链路的布局设计。

2.2的高速传输。ADAS图像应同等重视数据安全。

智能网联汽车技术进入关键时期，体现在越来越多的新车通过高分辨率摄像头满足智能驾驶时代对环境感知的高标准。随着ADAS的逐步升级和加速渗透，各车企硬件冗余度高。预计到2025年，自行车上的高清摄像头平均数量将接近10个。与此同时，800万像素摄像头的普及率也在逐步提升，让汽车“看”得更清楚、更远、更广，满足更多应用场景的需求。

由于摄像头通常只负责采集和输出原始视频信号，所以除了像素更高的“眼睛”之外，还需要无损伤、无延迟地传输视觉神经和高运算CPU大脑。以更高的帧速率和分辨率传输视频信号给总线带宽带来了更大的压力。ADAS系统实时接收信号，并进行分析和响应，还需要考虑整个系统的成本和功耗。

GMSL完全支持ADAS系统所需的高速数据传输和信号完整性保障，包括摄像头的超低功耗和传感器数据的快速收敛。由于GMSL技术具有视频切割功能，以GMSL四通道解串器MAX9286为例，可以自动生成摄像头同步信号，将多个传感器的图像数据对齐到同一个像素，实现关键参数的用户编程。该集成方案可以取代四个分立的解串器和一个FPGA，仅用一个芯片就可以接收并同步来自四个摄像头的视频信号，大大减少了电路板面积和元器件数量，有效降低了设计风险，加快了产品上市进程。

GMSL四通道解串器MAX9286可以同时支持四个摄像头的信号传输。

此外，GMSL解串器集成了图像处理功能，可以在接收到GMSL的序列化数据后，直接对图像进行解串处理，根据客户要求拼接还原多路图像信息，呈现在车载显示屏上，节省了CPU平台对图像处理的延迟。GMSL还支持同轴电缆电力传输，因此串行芯片可以集成到相机中，可以直接由汽车系统供电。

值得一提的是，所有GMSL解决方案都符合汽车功能安全标准ASIL B规范的要求。由于GMSL串行器和解串器内置扩频功能，在不需要外部扩频时钟的情况下，有效提高了链路的电磁兼容性，这也是GMSL产品解决方案的最大优势，可以有效帮助客户的系统设计满足车辆法规标准。此外，GMSL解决方案还提供了链路诊断功能，实时监控通道的传输质量和数据完整性，通过提高汽车ADAS的数据可靠性来增强行车安全性。

数据完整性是ADAS和信息娱乐系统的三大挑战之一。

创新数据总线连接技术，塑造互联和个性化汽车的未来。

数字经济时代，数据成为新的生产手段和关键生产要素，高带宽数据传输正成为下一代车载电子架构的迫切需求。事实上，ADI公司在高可靠性车载数据总线的传输方面已经做了大量的探索和卓有成效的工业技术输出。

同样在智能驾驶舱，汽车音响已经从过去单纯的娱乐系统向信号输入、触发、处理、反馈的方向发展，开始与汽车驾驶紧密结合。ADI公司创新的A2B音频总线技术将传统的模拟音频传输转换为数字音频传输方案，可以提供高清音频，并将音频布线重量减少75%，从而提高燃油效率。除了让布线更简单，A2B还有更多创新应用，比如更适合高级音频算法，用DSP算法保证车内不同位置声音区的独立性，用麦克风和功放实现回声消除、ANC主动降噪等。

A2B技术提供低延迟的语音和音频连接。

汽车正迅速成为使用以太网设备的主要应用之一。在汽车中广泛部署以太网是整车电子电气架构向区域化过渡的关键之一，可以大大节省线缆成本，显著减少ECU数量，并通过无线更新支持新的增强功能的部署。E2B以太网至边缘总线基于ADI公司的新IEEE 10base T1S标准，为许多车载传感器和执行器提供高效、确定的最后一英里连接，从而可以更轻松地管理复杂的整车网络。

现在汽车行业最大的变化同时在发生，一个是电动化，一个是智能化和网联化。作为全球领先的汽车半导体解决方案提供商，ADI公司一直与优秀的汽车原始设备制造商、一级供应商和生态系统合作伙伴密切合作，拓展其核心技术，强化完整解决方案在系统和平台方面的优势。以GMSL SerDes技术为代表的ADI系列汽车连接解决方案，将有助于应对汽车数据传输链路设计的复杂度、重量、成本等一系列挑战，为汽车制造商带来巨大价值，共同塑造互联化、个性化汽车的未来。