汽车以太网络应用POF骨干和摄像镜头链路

主要汽车市场如欧洲、日本和北美目前已经开始进入立法以协助避免对弱势道路使用者的伤害，并特别强调视觉系统的使用，这个趋势目前也快速推动ADAS系统的采用，请参考图4，先前只在高端车辆中使用，这些新的安全系统会在生产成本大幅度降低后快速被加入较低端汽车上。

　　图4：ADAS系统物体检测

　　产业预估，2017年车辆不仅可以在没有ADAS下达到目标五星级新车评价规程（NCAP， New Car Assessment Program），因此，领先汽车制造商必须在其时加入至少一个ADAS系统作为标准配备，随着ADAS系统的大幅度成长，如图5，将创造能够连接车内所有摄像镜头、电子控制单元（ECU， Electronic Control Unit）和人机界面（HMI， Human Machine Interface）高效率技术的市场需求。

　　图5：车载视频系统的增幅预估

　　作为例子，汽车通常最少会有5个盲区需要数个视觉摄像镜头提供区域安全扫描，如图6，包括左方驾驶座的5个盲区可由图中看出，盲区的大小则由车辆的设计和镜子的视角决定。

　　图6：大多数汽车的5个典型盲区

　　部分汽车制造商已经推出或计划推出360度影像系统，采用最少4个摄像镜头提供车辆周围的整合影像，如图7.

　　图7：360度影像系统示例

　　5互连替代方案

　　汽车摄像镜头目前并没有单一标准接口，专用串行链路是目前最常见的摄像镜头接口。

　　摄像镜头和影像处理单元（IPU， Image Processing Unit）或显示屏间的接口决定了同一系统内不同摄像镜头互连的方式，例如LVDS就是一个仅允许镜头和IPU或显示屏点对点连接的接口。

　　如果系统由多个摄像镜头和一个影像处理单元组成，那幺只可以使用每个镜头与中央单元间直接连接的拓墣，当汽车具有多个ADAS并且每个ADAS都由数个互连摄像镜头组成时，那幺直接连接的方式就会造成无法接受的接线长度以及连接器和接口数量。

　　如果使用以太网作为摄像镜头接口取代LVDS专用链路，那幺就可简化网络，虽然使用如LVDS一样的点对点接口，以太网采用封包交换方式，可以在不需重新配置系统软件和硬件的条件下任意扩展或缩减，网络拓朴更为简化，图8为以太网较为简化布局与LVDS的比较。

　　图8：以太网和LVDS在连接4个摄像镜头到影像处理单元（IPU）时的比较

　　专用直接连线可以带来可预测数据到达时间的好处，因为在连线上并没有封包交换，因此不会有非预期的延迟，以太网可以通过在上层使用如影音桥接（AVB， Audio Video Bridging）等协议达到相同的预测性，不过这需要更复杂的计算。

　　总的来说，在直接连线、简单连接和基于以太网连接间会有取舍，对于简单的单一摄像镜头系统，直接连线是最好的选择，然而当使用复杂的ADAS系统时，以太网接口和拓墣就成为最适合的技术。

　　5.1 POF作为物理层

　　在ADAS系统中连接摄像镜头和影像处理单元或显示屏的物理层可以使用KDPOF的1Gbps POF技术搭配Avago的光收发器，如图9，由Yazaki公司实现于小尺寸连接器系统中，如图10.

　　图10：Yazaki公司的小尺寸连接器系统

　　KDPOF专用标准产品（ASSP， Application Specific Standard Product）可以直接连接专用数据链路如DVP或通过原生以太网连接端口如RGMII或SGMII进行介接，这代表不管是LVDS型式或基于以太网的ADAS系统都可以简单地以KDPOF产品架构完成。

　　5.2 POF相较于铜电缆系统的优势

　　图11显示了一个ADAS应用中KDPOF千兆位POF技术的实际范例，图中显示的原型机由2个通过POF连接到IPU的摄像镜头以立体模式组成，显示屏显示经过形状识别和深度计算的影像，作为如碰撞警告，行人检测或智能定速控制等驾驶支持的功能输入，摄像镜头以1280 x 800像素大小进行30fps帧采样，取得的二进串流为960Mbps.

　　图11：采用立体配置连接的2个车用摄像镜头，接口通过POF送出1Gbps数据到IPU

　　摄像镜头的起始配置可由两个方式完成，第一个选择为基于双工POF，使用一条光纤作为上行链路，另一条作为下行链路，第二个选择则使用单工POF将影像数据传送到IPU，使用并行简化且低成本的LIN型铜电缆对作为送出启动配置到摄像镜头的通道，这个并行通道同时也可以用来远程提供摄像镜头电源，节省额外的电缆对，图12描述了这两种选择。

　　图12：以太网POF摄像镜头控制的不同作法

　　结论

随着信息娱乐网路和ADAS系统日益增长的需求，转移到新骨干拓朴的趋势也越来越明显，以太网的优势，加上使用KDPOF 1Gbps塑料光纤ASSP、Avago光收发器和Yazaki公司小尺寸光连接器的组合，提供了一个可以满足汽车网络不断变化需求的高扩展性和灵活性解决方案