移动产业处理器接口（MIPI）协议是什么？

未来汽车的宏伟愿景备受瞩目，特别是驱动这些汽车的技术更是成为焦点。如今，传感器对于汽车视觉和安全技术的下一阶段至关重要，因为驾驶员和乘客都依赖于它们。这些传感器能够支持众多应用，这些应用往往基于人工智能（AI），包括先进的驾驶员辅助系统（ADAS），涵盖自动紧急制动、车道保持、全景视图，并最终实现自动驾驶。例如，Waymo的自动驾驶出租车系统就使用了多达29个图像传感器，而典型的消费者自动驾驶系统可能使用10到20个不等。

针对新型且复杂的汽车电子产品的系统级芯片（SoC）要求，现在正利用更多的显示器和传感器，包括成像、激光雷达（LiDAR）、雷达、超声波和红外技术等。

嵌入式显示技术的创新继续受到移动和汽车市场的推动。事实上，更高分辨率、120Hz以上刷新率和可折叠显示器已经开始向消费者推广。这些变化凸显了移动行业处理器接口（MIPI）协议等接口的价值和技术优势。MIPI协议在移动领域的成功现在正扩展到汽车应用，并有助于满足汽车摄像头和显示器的特定要求。

继续阅读以了解更多关于满足这些不断增长的需求所需的新电子架构以及当前市场动态的信息，以及MIPI接口在汽车中的作用、如何解决汽车知识产权（IP）和SoC功能安全要求，以及未来设计可靠性的需求。

加速迈向集中化

在过去，分布式电子控制单元（ECU）是汽车领域的核心，每个ECU都执行特定的应用。然而，在基于域的应用世界中，每个应用（如ADAS或信息娱乐系统）都在独立的域ECU中执行。

将多个应用集中到一个域控制器上，提高了实现这些应用所需的性能要求。但同样，这里也在不断发展；我们已经在向区域架构迈进，这将使应用更加集中化。大众汽车已明确表示，它视这一趋势为其区域架构转型的关键部分。此举有望简化车内网络，同时也增加了SoC实现的复杂性。

车辆设计越来越倾向于将不同的传感器结合起来，以最大限度地发挥各自的优势并弥补其不足。例如，自动紧急制动应用需要能够识别道路上的物体，无论是行人、自行车还是过往云朵投下的阴影。这推动了性能要求达到每秒1000万亿次操作（TOPS），反映了巨大的处理需求。

MIPI协议：强大的连接器

如果没有MIPI协议，这样的进步是不可能实现的。MIPI联盟提供了一系列显示和摄像头接口，这些接口具有从基本连接到复杂的多图像传感器和显示连接在内的广泛功能，同时解决了带宽、功耗和实现成本等基本要求。通过实施这些规范，汽车行业可以利用规模经济优势，降低成本并实现更高的性能。

MIPI协议是实现传感器与应用处理器之间连接的关键。为汽车提供周围视图的图像传感器需要捕捉从极端光线到黑暗再到闪烁LED等多种不同场景。为了理解这些场景并优化车辆的性能和安全性，来自图像传感器的数据需要与其他传感器数据进行结合。例如，热、雷达和超声波传感器都有助于盲点检测；将图像、热和雷达传感器结合使用，可以提供比单独使用图像传感器更强大的防撞能力。随着传感器数据的增加，传感器融合的机会也更多，从而为用户带来更多专业化的功能。

MIPI摄像头串行接口2（CSI-2）支持传感器融合。这项技术已在全球数十亿个移动设备中得到部署。虽然它在移动领域已经得到验证，但也被构想为手持设备之外应用的视觉平台。MIPI CSI-2针对成像应用进行了优化，并实现了低功耗，这对于汽车行业来说至关重要，因为任何给定车辆中可能同时使用的传感器数量都很大。

多年来，MIPI CSI-2协议不断发展，增加了更多功能，包括虚拟通道，用于识别来自不同源的有效载荷。虚拟通道对于ADAS等应用至关重要，这些应用使用多个图像传感器，或者在需要从同一传感器区分多个曝光的应用中也非常重要。

应用程序捕获图像或处理信息的速度越快，其做出决策的速度也就越快——比如何时应用刹车。随着图像传感器中像素的增加，所需的带宽也在增加。MIPI物理层（PHY）可以支持这种增长：一个四通道D-PHY v2.1端口可以容纳每秒18吉比特（Gbps）的数据传输，而C-PHY v2.0则可以处理高达44.5 Gbps的数据，以低功耗和低引脚数提供高速传输。

汽车安全新境界

MIPI联盟专注于应对汽车行业的法规要求，因此已对MIPI协议进行了升级，以符合ISO 26262功能安全标准。CSI-2版本4.0增加了以传输鲁棒性为中心的安全功能。这意味着能够识别像素是否丢失，并采取措施进行纠正，这对于依赖传感器数据准确性的行驶中的车辆来说至关重要。

同时，我们也看到组件本身变得更加坚固耐用。汽车行业要求组件的使用寿命必须达到15年，即一辆典型车辆的使用寿命，并且能够承受极端温度和振动。ISO 26262标准提高了汽车设备开发过程的安全门槛。这意味着需要在开发初期就制定安全计划，明确团队必须执行的目标和要求，实施这些功能，并进行分析以确保其合规性。AEC-Q100标准也提高了开发门槛，定义了包括IP和SoC在内的汽车设备必须达到的质量和可靠性水平。

对全面汽车级MIPI IP的需求

在SoC层面，ISO 26262也要求更高水平的实现。实现这一目标的一种方式是将安全管理器处理器与应用处理器分离。设置专门的安全管理实现意味着汽车制造商可以实时监控并响应所有SoC组件的安全状态。

作为SoC设计师，还需要考虑恶劣条件（尤其是极端温度）对各组件执行时预期承受力的影响。正如IP设计需要整体视角一样，SoC设计也是如此。您在下一个项目中需要考虑的因素将包括确定最佳输入接口、所需端口数量、协议支持、CSI-2和DSI/DSI-2支持、D-PHY和C-PHY的正确组合等。这是一个完整的解决方案包，旨在维护汽车行业的三大支柱：安全、可靠性和质量。

MIPI具有降低复杂性的能力，并为关键安全应用铺平道路。在Synopsys，我们支持集成支持C-PHY、D-PHY、CSI-2和DSI/DSI-2的MIPI接口。Synopsys DesignWare® MIPI® IP解决方案可实现SoC、应用处理器、基带处理器和外设之间的接口。该IP支持MIPI规范的最新关键功能，如C-PHY 2.0，它在最大带宽41Gb/s下以每组6.5Gs/s的速度运行。Synopsys的MIPI相机和显示IP符合ISO 26262标准的汽车级要求。此外，Synopsys IP还根据AEC-Q100标准进行设计和测试，以确保可靠性。

作为MIPI董事会的重要成员和MIPI联盟工作组的积极贡献者，我们继续通过开发高质量、低功耗、成本效益高且可互操作的MIPI IP解决方案来支持生态系统，使设计师能够在其汽车设计中部署新功能。采用单一供应商的解决方案可以降低设计师将MIPI接口集成到SoC和设备IC中的风险和成本，同时加快上市时间。

随着高分辨率视频和图像所需数据的不断增加，未来几年，相机和显示SoC将需要处理更复杂的视觉数据。随着各行各业（尤其是汽车行业应用）处理更多图像数据，MIPI将提供一种解决方案，以应对在整个车辆中连接最高速度电子组件的“长距离、高速挑战”。