【自动驾驶汽车通讯协议】GMSL通信技术以及加串器（Serializer）解串器（Deserializer）介绍

0. 前言

按照国际惯例，首先声明：本文只是我自己学习的理解，虽然参考了他人的宝贵见解及成果，但是内容可能存在不准确的地方。如果发现文中错误，希望批评指正，共同进步。

随着自动驾驶技术和驾驶辅助系统（ADAS）的快速发展，车载摄像头成为了必不可少的传感器，这对车载数据传输提出了很高的要求。为了应对这一挑战，吉比特多媒体串行链路（GMSL, Gigabit Multimedia Serial Link）作为一种高速、长距离的串行通信技术应运而生。本文将详细介绍GMSL技术的工作原理及其在汽车领域的应用。

1. GMSL技术概述

GMSL技术是一种专为多媒体数据传输设计的串行链路技术，它能够在长距离上传输高清视频、音频和控制信号等大量数据，同时保持较低的功耗和电磁干扰（EMI）。GMSL技术的核心组件包括串行器（Ser）和解串器（Des），它们共同构成了SerDes（Serializer/Deserializer）系统，负责将并行数据转换为串行数据，并在接收端将串行数据恢复为并行数据。

GMSL SerDes解决方案示意图如下：

2. 为什么需要SerDes？

在GMSL多媒体数据传输中，SerDes（串行器/解串器）的核心任务是数据的串行化与解串行化：

• 串行化：在发送端，SerDes将来自源设备（例如摄像头）的并行数据流（例如视频）转换成高速串行数据流，以便通过单个或少量物理线路进行传输。
• 解串行化：在接收端，SerDes将接收到的串行数据流重新转换回并行数据流（例如视频），供目标设备（例如屏幕）处理。
  

具体来说，串行化有以下好处：

1. 减少布线复杂性和成本
   • 在传统的并行总线系统中，每条数据线都需要单独的导线，随着数据通道数量的增加，线束变得非常复杂且昂贵。
   • SerDes通过将并行数据转换为高速串行数据流，大大减少了所需的物理线路数量，从而降低了线束的成本和重量。
2. 提高传输速率
   • SerDes能够支持非常高的数据传输速率，这对于高清视频传输尤其重要。
3. 改善信号质量
   • 高速并行总线容易受到信号完整性和电磁干扰的影响。
   • 通过使用SerDes技术，可以在更长的距离上传输高质量的信号，同时减少信号衰减和干扰。
4. 节省空间
   • 使用SerDes技术可以减少所需的电缆数量和体积，从而节省空间并减轻重量。
5. 提高灵活性
   • SerDes技术使得GMSL可以支持多种不同类型的连接介质，包括同轴电缆和屏蔽双绞线（STP）。
   • 这种灵活性允许制造商根据具体应用选择最合适的线缆类型，从而优化性能和成本。
6. 功耗和散热
   • SerDes技术有助于降低功耗和减少发热，这对于汽车电子系统来说是非常重要的因素。
     

简而言之，SerDes在GMSL多媒体数据传输中的主要任务是确保数据能够高效、准确且可靠地从发送端传输到接收端，同时最小化信号质量和传输距离带来的影响。这对于实现在汽车和其他应用环境中高速、长距离的多媒体数据传输至关重要。

3. GMSL技术特点

GMSL技术具有以下几个显著特点：

• 高速率：GMSL1 支持的数据传输速率通常为 3Gbps 或更低。GMSL2 是第二代技术，它提升了数据传输带宽至 6Gbps，可以轻松传输 800 万像素（4K/30fps）的视频流数据；
• 远距离：支持最长15米的屏蔽双绞线（STP）或同轴电缆传输，这对于车辆内部的布局来说是非常有利的；
• 抗干扰性强：采用了串行传输方式，大大减少了线束的数量，满足严格的EMC要求，内置扩频功能以改善链路的电磁兼容性；
• 支持多种数据类型：不仅可以传输视频和音频信号，还能传输控制信号，适合于多媒体系统的集成；
• 功能安全：GMSL支持ASIL B级别的功能安全认证，适用于自动驾驶汽车相关的应用。

4.自动驾驶汽车中的应用

下面以美信公司的MAX967XX GMSL/SerDes产品为例，说明 GMSL/SerDes在ADAS中的应用。

上图是GMSL/SerDes应用在ADAS系统中Camera视频数据传输的示例，该产品系统具有以下特征：

1. 控制通道错误检测和重传

   • 确保配置链接时的100％准确性
   • 可靠的通信，用于通过控制链路访问的外围设备

2. 交叉开关

   • 并行输入到并行输出
   • 为一个主机板启用不同的摄像头模块
   • 为多个主机板启用一个摄像头模块

3. 减少EMI/EMC

   • 可编程输出扩频谱
   • 将输入时钟传播到解串器的能力
   • 高免疫力模式，以承受控制通道的EMC容忍度

4. 增强电缆驱动

   • 50Ω同轴或100Ω屏蔽双绞线
   • 可编程预加重和去加重允许全速15米电缆
   • 可用的线路故障监控

5. 视窗宽度监视器和自适应均衡化

   • 内置长电缆均衡器
   • 视窗宽度监视器可以触发均衡器重新调整

6. 最高可达1.74Gbps的灵活数据输入

   • 12.5MHz至87MHz的14位输入+ HSYNC和VSYNC
   • 36.66MHz至116MHz的12位输入+ HSYNC和VSYNC

7. 符合AEC-Q100资格

8. 专用帧同步GPO

5. 结论

GMSL/SerDes技术凭借其高速率、远距离传输能力和强大的抗干扰性，成为了汽车行业中多媒体数据传输的理想解决方案。随着自动驾驶技术的进步，GMSL/SerDes技术将继续发挥重要作用，推动汽车电子系统向着更高性能和更高效的方向发展。