Введение обзор платформы MASS
Вводное руководство по решениям MIPI Automotive SerDes (MASS) Обзор стандартизированной системы подключения MIPI в автомобиле фреймворк для высокопроизводительных датчиков и дисплеев
*MIPI A-PHY
*MIPI
В этом документе содержится введение в тенденции автомобильного рынка, обзор платформы MASS и ее компонентов, а также примеры использования MASS. MASS представляет собой совместную межотраслевую инициативу по удовлетворению потребностей автомобильной промышленности и состоит из четырех основных компонентов, которые при объединении создают полную сквозную структуру взаимодействия:
• Физический уровень SerDes. Основой MASS является MIPI A-PHY, первый стандартный для отрасли, длинноволновой, асимметричный, сериализатор/десериализатор (SerDes) физический интерфейс уровня с высокой помехоустойчивостью. A-PHY разработан специально для удовлетворения потребностей автомобильной промышленности и устранит необходимость в фирменных асимметричных PHY и мостах, упростив сети связи в автомобиле и снизив стоимость, вес кабельной проводки и время разработки. В будущих автомобильных архитектурах асимметричные длинноволновые интерфейсы A-PHY будут дополнять симметричные интерфейсы в автомобиле, такие как автомобильный Ethernet.
• Протоколы более высокого уровня.MASS включает в себя набор широко распространенных протоколов приложений более высокого уровня, используемых в миллиардах устройств и уже широко применяемых в автомобильных приложениях. Эти протоколы включают MIPI CSI-2 для камер, MIPI DSI-2 и VESA eDP/DP для дисплеев, а также протоколы с более низкой скоростью, такие как I2C (Inter-Integrated Circuit), GPIO (General Purpose Input Output), Ethernet, SPI (Serial Peripheral Interface) и появляющийся протокол MIPI I3C. Использование этих широко распространенных протоколов приведет к экономии за счет масштаба, снизит затраты на разработку и обеспечит обратную и прямую совместимость.
• Функциональная безопасность. MASS стандартизирует несколько функций обеспечения функциональной безопасности, помогая приложениям на базе MASS соответствовать требованиям функциональной безопасностиСтандарт ISO 26262:2018 «Дорожный транспорт. Функциональная безопасность»и позволяет разработчикам создавать системы, соответствующие общим спецификациям уровня полноты безопасности автомобилей (ASIL) от ASIL B до ASIL D.
• Безопасность.MASS включает в себя фреймворк безопасности MIPI, набор спецификаций, которые обеспечивают ключевые функциональные возможности безопасности, включая аутентификацию компонентов системы, защиту целостности данных и шифрование данных. Фреймворк безопасности уникально эффективен как по степени безопасности, так и по гибкости реализации. MASS также поддерживает защиту цифрового контента высокой пропускной способности (HDCP) для приложений отображения. Все основные спецификации MIPI, которые формируют MASS, были завершены. Ожидается, что структура безопасности MIPI поступит в процесс рассмотрения членами MIPI осенью 2023 года, а официальный релиз ожидается в конце 2023 года. Обновления основных спецификаций для улучшения MASS на основе требований рынка разрабатываются на постоянной основе. Статус каждой спецификации по состоянию на сентябрь 2023 года представлен в разделе 4. Для получения последней информации о MASS посетите сайтmipi.org/автомобильный
Рисунок 1 Тенденции автомобильной промышленности, определяемые как «CASE» (Источник: MIPI Alliance)
Для преодоления этих проблем и поддержки новых архитектур Альянс MIPI разработал решения MIPI Automotive SerDes (MASS)СМ)–сквозная структура для соединения камер, датчиков и дисплеев с использованием MIPI A-PHY®,MIPI CSI-2®, MIPI DSI-2СМи многие другие фактически стандартизированные в отрасли протоколы, в которые встроены функции безопасности, надежности и отказоустойчивости.
2.1. Тенденции в отрасли, способствующие распространению датчиков и дисплеев Автомобильные датчики (камера/лидар/радар) и системы отображения претерпевают ускоренную эволюцию, обусловленную разрушительными тенденциями отрасли в области подключения, автоматизации, совместного использования и электрификации. Это сочетание тенденций, описанных в Таблице 1, приводит к увеличению числа внешних датчиков и автомобильных дисплеев в салоне, примеры которых показаны на Рисунке 2
Рисунок 2 Распространение внешних датчиков транспортных средств и примеров отображения информации в транспортных средствах
Распространение числа датчиков и дисплеев транспортных средств также сочетается с растущими требованиями к полезной нагрузке данных, обусловленными постоянно растущими разрешениями камер и дисплеев, частотой кадров и глубиной цвета. Результаты исследования, проведенного MIPI в 2018 году для прогнозирования требований к пропускной способности данных модулей камер и дисплеев, показаны на рисунке 4. Эта информация была использована для определения первоначальной целевой скорости MASS A-PHY SerDes в 16 Гбит/с, которая в последующих обновлениях фреймворка была увеличена до 32 Гбит/с (в A-PHY v1.1), а в предстоящей версии APHY v2.0 будет дополнительно увеличена до 64 Гбит/с.

Рисунок 4 Увеличение полезной нагрузки на дисплей и камеру (Источник: MIPI Alliance)
В этих централизованных архитектурах вероятно, что мощные компьютеры транспортного средства будут подключаться к датчикам транспортного средства, дисплеям и другим компонентам через небольшое количество зонных ЭБУ. Централизованные архитектуры не только позволяют реализовать «программноопределяемый автомобиль», но и позволяют упростить жгуты проводов, что в свою очередь приводит к экономии веса и стоимости. Независимо от архитектуры электрики и электроники транспортного средства, будь то архитектура с ориентацией на домен, централизованная, гибридная или иного типа, всегда будет существовать потребность в подключении датчиков и дисплеев с использованием кабелей различной длины с обеспечением функциональной безопасности и надежности, и фреймворк MASS удовлетворяет этим требованиям во всех автомобильных архитектурах.

3. Внедрение решений MIPI Automotive SerDes (MASS)

Рисунок 6 Схема сквозной системы MASS (Источник: MIPI Alliance)
MASS создает экономию масштаба вокруг набора поддерживаемых отраслью стандартов, снижая затраты на интеграцию и позволяя производителям оригинального автомобильного оборудования (OEM) и поставщикам Tier 1 амортизировать затраты на проектирование при больших объемах компонентов. Он также способствует развитию расширенных служб поддержки, таких как ресурсы тестирования и программного обеспечения из широкой экосистемы отраслевых участников.
Стандартизация помогает отрасли быстрее улучшать технологии, поскольку поставщики разрабатывают более эффективные способы внедрения этих спецификаций, которые затем интегрируются в будущие выпуски. Стандартизированные интерфейсы могут облегчить текущее обслуживание и обновления продукта благодаря обратной и прямой совместимости, а также поощряют долгосрочную поддержку разработчиков. Использование стандартов снимает бремя разработки или выбора фирменного интерфейса, позволяя OEM-производителям и поставщикам первого уровня сосредоточиться на «более ценной» продукции, дифференцируя технологии, которые находятся выше в стеке протоколов, например, приложения, использующие машинное обучение и искусственный интеллект для обеспечения улучшенного взаимодействия с клиентами. MASS специально создан для приложений, которым требуются высокоскоростные, высокоасимметричные каналы передачи данных в транспортном средстве.
Он дополняет симметричные протоколы, такие как автомобильный Ethernet. В то время как Ethernet и другие симметричные сетевые протоколы в первую очередь предназначены для полнодуплексной, симметричной сети между одноранговыми устройствами, MASS оптимизирован для связи периферийных компонентов с ограниченными ресурсами с соответствующими электронными блоками управления (ЭБУ). Использование MASS означает, что компоненты на краю транспортного средства могут быть меньше и менее сложными, обеспечивая при этом высокую пропускную способность в одном направлении, например, входящий поток данных от камеры или лидарного датчика к ЭБУ или исходящий поток данных от ЭБУ к цифровому дисплею кабины. Дорожная карта интеграции MASS разработан для немедленного внедрения. Как показано на рисунке 7, начальные внедрения увидят, как стандартизированные мосты A-PHY SerDes расширяют диапазон физических интерфейсов MIPI C-PHY/D-PHY на короткие расстояния, заменяя фирменные решения SerDes на большие расстояния.

Рисунок 7 Решение MASS bridge против интегрированного решения MASS (Источник: MIPI Alliance)
4. Структура MASS
MASS состоит из четырех основных компонентов, которые в сочетании создают сквозную автомобильную инфраструктуру связи. Четыре компонента: (1) интерфейс физического уровня, (2) протоколы более высокого уровня, (3) функциональная безопасность и (4) защита. Каждый компонент более подробно описан в Таблице 2.


Рисунок 8 Стек протокола MASS (Источник: MIPI Alliance)

Таблица 3 Технические характеристики MASS (по состоянию на сентябрь 2023 г.) (Источник: MIPI Alliance)
4.1 MIPI A-PHY SerDes (физический уровень и уровень канала передачи данных)
В сентябре 2020 года MIPI Alliance выпустил MIPI A-PHY, первый асимметричный стандартный для отрасли интерфейс физического уровня SerDes с большой досягаемостью. A-PHY разработан для удовлетворения особых потребностей автомобильной промышленности и устраняет необходимость в фирменных PHY и мостах, упрощая сети связи в автомобиле, а также снижая стоимость, вес и время разработки. В дополнение к преимуществам стандартизации, A-PHY обеспечивает беспрецедентную устойчивость и надежность и позволяет OEM производителям, поставщикам Tier 1 и поставщикам компонентов упростить и оптимизировать интеграцию камер, датчиков и дисплеев. APHY расширяет использование MIPI CSI-2 и MIPI DSI-2, а также других одобренных протоколов верхнего уровня, не относящихся к MIPI, что может снизить сложность проектирования и ускорить время выхода на рынок.4.1.1 Обзор A-PHY
Физический интерфейс A-PHY, показанный на рисунке 9, обеспечивает асимметричный канал передачи данных между источником и приемником данных в топологии «точка-точка» или «цепочка последовательных соединений», которая включает высокоскоростную однонаправленную передачу данных, встроенные двунаправленные данные управления и дополнительную подачу питания по одному кабелю.

Рисунок 9 Физический интерфейс A-PHY (Источник: MIPI Alliance)
• Высокая отказоустойчивость, сверхвысокая устойчивость к воздействию электромагнитных помех
• Низкая задержка (максимум 6 микросекунд)
• Поддержка нескольких типов кабелей – коаксиальный, экранированная дифференциальная пара (SDP) и звездная четверка (STQ) • Большая дальность действия – до 15 метров в длину с четырьмя линейными соединителями
• Питание по кабелю
4.1.2. Производительность A-PHY A-PHY определяет пять скоростных передач (показаны в Таблице 4) для удовлетворения требований к производительности, стоимости и сложности широкого спектра различных приложений

Таблица 4 Скоростные передачи и модуляция A-PHY (Источник: MIPI Alliance)
Именно в этот период времени могут происходить быстрые повторные передачи PHYlevel для обеспечения сверхнизкой частоты ошибок пакетов, как описано ниже. A-PHY группирует скоростные передачи в два профиля для удовлетворения требований приложений с различными требованиями к ЭМС:
• Профиль 1:Разработан для приложений с низкой производительностью и меньшей устойчивостью к ЭМС, что позволяет реализовать менее затратные реализации с использованием кодирования без возврата к нулю (NRZ) 8b10b. Он является основой передач G1 и G2.
• Профиль 2:Разработан для высокопроизводительных приложений, использует кодирование с амплитудно-импульсной модуляцией (PAM), имеет более высокую устойчивость к ЭМС и более низкую частоту ошибок пакетов. Он является основой передач G3, G4 и G5, а также будущих, более скоростных передач. Физический уровень A-PHY может вмещать несколько протоколов более высокого уровня через свой общий канальный уровень и набор уровней адаптации протоколов (PAL), которые сопоставляют эти протоколы с форматом A-Packet A-PHY.
В дополнение к PAL для MIPI CSI-2 и MIPI DSI-2, были разработаны дополнительные PAL для нескольких интерфейсов управления с низкой пропускной способностью, как описано в разделе 4.2. A-PHY включает подавление узкополосных помех (NBIC) и схему повторной передачи на уровне PHY (RTS) для максимальной надежности соединения и сверхнизкой частоты ошибок пакетов. RTS обеспечивает сверхвысокую устойчивость к воздействию электромагнитных помех, восстанавливая поврежденные A-пакеты и гарантируя устойчивую связь.
Тестирование MIPI Alliance в независимой лаборатории показало, что соединения A-PHY могут сохранять высокий уровень устойчивости даже после многих лет механического воздействия и старения. Это способствует сверхнизкой частоте ошибок пакетов A-PHY <10-19 — или менее одной ошибки пакета за весь срок службы транспортного средства. Улучшения, представленные в A-PHY v1.1, удваивают максимальную скорость передачи данных по нисходящей линии связи в Gear 5 с 16 Гбит/с до 32 Гбит/с за счет добавления поддержки двойных нисходящих линий связи по кабелям Star Quad (STQ), что снижает вес, стоимость и сложность.
Этот выпуск также удваивает скорость восходящей линии связи со 100 Мбит/с до 200 Мбит/с. Он также расширяет кодирование PAM4 до нисходящих линий связи (G1 и G2), сокращая рабочую полосу пропускания этих линий связи, что позволяет OEM-производителям, Tier 1 и поставщикам внедрять A-PHY с использованием более дешевых устаревших кабелей и разъемов.

Рисунок 10 Примеры конфигурации кабеля A-PHY v1.1 STQ
Автомобильные конструкторы всегда ищут способы минимизировать размер и вес автомобильных кабельных жгутов и разъемов. Чтобы помочь достичь этих целей, A-PHY обеспечивает возможность как подключения, так и питания автомобильных датчиков и дисплеев, передавая данные и питание постоянного тока по одному и тому же набору проводов. Исторически требования MIPI к питанию через A-PHY были включены в основные спецификации A-PHY v1.0 / v1.1. Для обеспечения большей гибкости MIPI выделяет эти требования в отдельную спецификацию Power Over A-PHY. Новая спецификация перенесет существующие требования A-PHY к удаленному питанию для надежной и стабильной работы удаленных устройств, оснащенных импульсными DC/DC-преобразователями, и, кроме того, включит новые классы мощности и удовлетворит новые требования к напряжению в автомобильной промышленности, включая необходимость поддержки работы при 48 вольтах.
4.1.4 Будущие усовершенствования A-PHY

4.1.5 Принятие A-PHY в качестве стандарта IEEE
A-PHY v1.0 принят в качестве стандарта IEEE. Утверждение IEEE 2977™-2021, «Стандарт IEEE для принятия спецификации MIPI Alliance для интерфейса A-PHY (A-PHY) версии 1.0», расширяет экосистему прикладного опыта вокруг MIPI A-PHY и, в свою очередь, еще больше способствует взаимодействию, выбору поставщиков и экономии масштаба для мировой автомобильной промышленности. Будущие версии A-PHY также будут представлены для принятия IEEE.
4.1.6 Замечания по применению A-PHY
MIPI выпустила заметки по применению, в которых приводятся ключевые показатели эффективности, помогающие разработчикам разрабатывать решения, соответствующие спецификации A-PHY. На сегодняшний день опубликованы следующие примечания к заявке: • Примечание по применению спецификации MIPI A-PHY v1.0: профиль 1 и профиль 2 –определяет системные модели для двух профилей реализации, определенных в спецификации, описывает необходимые шумовые компоненты и предоставляет подробные результаты моделирования, которые определяют базовые временные и электрические запасы, которым должны соответствовать фактические решения приемопередатчиков A-PHY в наихудших условиях.
• Примечание по применению спецификации MIPI A-PHY: Профиль 2 Переобучение и повторная передача – предоставляет дополнительную информацию относительно концепций повторного обучения и повторной передачи A-PHY, которые поддерживаются в профиле 2 спецификации A-PHY.
• Примечание по применению спецификации MIPI A-PHY v1.0 и v1.1: питание через A-PHY –оказывает поддержку разработчикам, предоставляя теоретический материал, необходимый для внедрения технологии питания по кабелю для A-PHY
4.2 Уровни адаптации протокола A-PHY (PAL)
MIPI PALопределяют адаптации, необходимые для переноса проверенных протоколов MIPI и одобренных сторонних протоколов по каналам A-PHY. MIPI PAL сопоставляют эти одобренные протоколы более высокого уровня с форматом A-PHY A-Packet, выступая в качестве канала к общему уровню передачи данных A-PHY и от него (см. рисунок 12). Таким образом, PAL позволяют протоколам более высокого уровня работать бесперебойно по физическим каналам A-PHY.


MASS использует набор широко распространенных протоколов более высокого уровня, которые уже поддерживаются в автомобильной промышленности, таких как MIPI CSI-2 для камер, MIPI DSI-2 и VESA eDP/DP для дисплеев, а также многочисленные протоколы управления с более низкой скоростью, такие как I2C, GPIO, Ethernet, SPI и появляющийся интерфейс I3C. Здесь представлен краткий обзор каждого протокола более высокого уровня.
4.3.1. Протоколы камер MASS
Интерфейсы камер MIPI соединяют камеры и другие высокоскоростные датчики с процессорами приложений или процессорами сигналов изображений. Протоколы используются для передачи изображений высокого разрешения, насыщенных цветов и расширенных возможностей обработки изображений на смартфоны, планшеты, автомобили, дроны, носимые устройства и другие продукты. Наиболее широко используемый протокол — MIPI Camera Serial Interface 2 (CSI-2), который для автомобильных приложений дополнен расширениями служб камер MIPI (CSE) для обеспечения безопасности и защиты, а также набором команд камеры MIPI (CCS) для управления более высокого уровня.
4.3.1.1 MIPI CSI-2
CSI-2используется для соединения камер с хост-устройствами в мобильных системах с 2005 года. Помимо повсеместного использования в мобильных устройствах, CSI-2 широко используется в компонентах автомобильных систем на кристалле (SoC), обеспечивая соединения не только с бортовыми камерами, но и с радарами и лидарными датчиками на основе CSI-2, которые играют критически важную роль в ADAS. Такое широкое распространение является свидетельством как продолжающейся эволюции CSI-2, так и его гибкости для обслуживания множества приложений, а также надежности и зрелости спецификации для обслуживания электронных систем автомобильного уровня. CSI-2 может поддерживать датчики с широким диапазоном различных разрешений изображения, частоты видеокадров, глубины цвета и возможностей высокого динамического диапазона. Например, текущие приложения используют разрешение камеры более 40 мегапикселей и скорость видеосъемки более 4K/120 кадров в секунду или 8K/30 кадров в секунду. Это делает CSI-2 идеальным для использования в современных транспортных средствах, которым требуется много камер и других датчиков, каждый из которых имеет свою собственную цель и требования. CSI-2 v3.0, выпущенный в 2019 году, предоставляет несколько новых функций, разработанных специально для современных систем визуализации транспортных средств, использующих машинную осведомленность, например:
• РАВ-24:Формат для представления отдельных пикселей изображения с 24-битной точностью. Это обеспечивает более высокое качество изображения, что помогает системам беспилотного вождения принимать более обоснованные решения. Например, при разработке приложения ADAS RAW-24 может помочь системе фронтальной камеры различать тень и темное препятствие на дороге, даже если автомобиль только что выехал из яркого солнечного света в туннель.
• Интеллектуальная область интереса (SROI):Функция для лучшего анализа изображений с использованием алгоритмов машинного вывода. Это может означать выполнение большего анализа в модуле датчика при отправке меньшего количества данных в удаленный ЭБУ.
• Унифицированный последовательный канал (USL):Функция для сокращения количества проводов, соединяющих датчик изображения с сопутствующим процессором приложений, путем инкапсуляции данных управляющих сигналов с пикселями изображения. Меньшее количество проводов упрощает соединение встроенного датчика с процессором, одновременно снижая сложность конструкции.
В CSI-2 v4.0, выпущенном в 2021 году, была дополнительно добавлена поддержка:
• Постоянно включенный сигнальный канал (AOSC):Позволяет постоянно работать системам машинного зрения, в которых комбинации сверхмаломощных датчиков изображений и видеоцифровых сигнальных процессоров (VDSP) могут непрерывно контролировать окружающую среду, а затем пробуждать более мощные центральные процессоры хоста (ЦП) только при возникновении значимых событий.
AOSC позволяет экономично передавать кадры изображений с датчика изображений на VDSP по маломощной шине MIPI I3C высокоэффективным способом с возможностями масштабирования для добавления дополнительных линий I3C и полосы пропускания, как определено спецификацией I3C.
• Кодировка пикселей глубины цвета RAW-28:Поддерживает беспрецедентное качество изображения и превосходное соотношение сигнал/шум (SNR) в следующем поколении автомобильных датчиков изображения с расширенным динамическим диапазоном для приложений, критически важных для безопасности (предыдущие версии CSI-2 поддерживают формат до RAW-24).
• Многопиксельное сжатие (MPC):Обеспечивает оптимизированное сжатие пикселей для новейших датчиков изображений Tetra-Cell и Nona-Cell сверхвысокого разрешения с многопиксельными матрицами цветных фильтров (CFA). 4.3.1.2
Расширения службы камеры MIPI
(CSE) Спецификация MIPI Camera Service Extensions (CSE) определяет расширенные функции для обеспечения функциональной безопасности, защиты и других функций. Использование CSE позволяет автомобильной системе соответствовать целям безопасности ADAS до уровня ASIL D (согласно ISO 26262:2018) и поддерживает механизмы функциональной безопасности и защиты, включая сквозную защиту, как рекомендовано для «высокого» диагностического покрытия шины передачи данных. Службы CSE реализуются с использованием протокола Service Extension Packet (SEP) или протокола Frame-Based Service Extension Data (FSED). Два протокола служб данных различаются по подходу — протокол SEP добавляет дополнительные заголовки и нижние колонтитулы к каждому пакету CSI-2 (или кадру), тогда как протокол FSED добавляет дополнительные пакеты на основе CSI-2 к каждому кадру изображения.
Выбор протокола обеспечивает гибкость реализации, особенно при реализации служб CSE в рамках устаревших решений. Оба протокола могут быть реализованы с высоким уровнем общности, что позволяет реализовать двухпротокольные реализации, если это необходимо. SEP и FSED предоставляют базовые службы функциональной безопасности, которые включают счетчики сообщений и циклические проверки избыточности, которые могут применяться как на основе сообщений CSI-2, так и на основе кадров CSI-2. Реализация протоколов на основе кадров помогает снизить накладные расходы на полосу пропускания протокола, поскольку многие сообщения CSI-2 обычно отправляются в одном кадре CSI-2. Оба протокола поддерживают базовую службу мониторинга тайм-аута для обнаружения потери связи между хостом и модулем датчика изображения. SEP и FSED также предоставляют службы безопасности для обеспечения аутентификации, защиты целостности и (опционально) шифрования данных датчика изображения. CSE предоставляет приложениям датчика изображения несколько векторов безопасности, чтобы предоставить разработчикам высокую степень гибкости реализации для баланса требуемых уровней безопасности с эффективностью обработки, сложностью реализации, терморегулированием и/или энергопотреблением в системе датчика:
• Выбор шифронаборов. В структуре безопасности определены два набора шифров: один для эффективности и один для производительности. Набор шифров «эффективность» обеспечивает только целостность данных AES-CMAC (без шифрования) и нацелен на датчики с ограниченными аппаратными ресурсами. Набор шифров «производительность» обеспечивает целостность данных AES-GMAC и опциональное шифрование AES-CTR и нацелен на датчики с выделенной аппаратной поддержкой этих протоколов безопасности. Оба набора шифров поддерживают использование AES с длиной ключа 128 и 256 бит
• Выбор режимов тегов.Фреймворк предлагает несколько вариантов режима тега при использовании протоколов службы данных SEP и FSED. Это позволяет реализатору выбирать, как часто тег вычисляется и передается. Например, при использовании SEP реализатор может отправлять тег кода аутентификации сообщения (MAC) на основе сообщения, типа данных или кадра.
• Высокодетализированный контроль безопасности. Новая парадигма безопасности MIPI обеспечивает высокодетализированный контроль безопасности для различных сегментов кадра изображения CSI-2, что позволяет реализовать «скользящую шкалу» уровней безопасности. Эта шкала включает: на самом высоком уровне безопасности применение полной целостности данных и шифрования ко всему кадру изображения; на частичных уровнях безопасности, где защита целостности источника-селектива применяется к подмножеству данных в кадре изображения; на самом низком уровне безопасности не применяется целостность данных. Уровень безопасности настраивается на покадровой основе с данными потока камеры, дополненными пакетами/сообщениями, содержащими соответствующую информацию о безопасности. Если CSE реализован в источниках и приемниках датчиков изображений на их уровнях протоколов, то защита данных «от начала до конца» на уровне приложения обеспечивается независимо от базовой топологии сети. Если в системе реализованы как функции функциональной безопасности, так и функции безопасности, с точки зрения передатчика, сначала к данным изображения применяются функции безопасности, а затем функции функциональной безопасности. На приемнике затем применяется обратный порядок.
CSE также включает генерацию шаблонов встроенной самопроверки (BIST) и инъекцию ошибок. CSE определяет пять стандартных шаблонов и позволяет разработчикам добавлять собственные шаблоны, специфичные для поставщика. Дополнительную информацию о функциональной безопасности и защите, предоставляемых этими спецификациями, можно найти в разделах 4.4 и 4.5 соответственно.
4.3.1.3 Расширения служб интерфейса команд и управления MIPI (CCISE)
CCISE включает в себя функциональную безопасность и расширения службы безопасности для применения функциональной безопасности, защиты целостности данных и опционального шифрования к интерфейсу управления камерой MIPI (CCI) на основе I2C. Эта защита обеспечивается «сквозь» от датчика изображения до связанного с ним ECU.
Использование CCISE позволяет автомобильной системе соответствовать целям безопасности ADAS до уровня ASIL D (согласно ISO 26262:2018) и поддерживает функциональные механизмы безопасности, включая сквозную защиту, как рекомендовано для «высокого» диагностического покрытия шины передачи данных.
4.3.1.4 Набор команд камеры MIPI (CCS)
Набор команд камеры MIPI (CCS)разработан для использования с CSI-2 и обеспечивает быструю интеграцию функций датчика изображения без драйверов, специфичных для устройства. Он также дает разработчикам гибкость в настройке своих реализаций для более продвинутых систем камер и обработки изображений, а также для снижения требований к интеграции и затрат, связанных с развертыванием компонентов камер и обработки изображений. CCS обеспечивает поддержку CCS Static Data для стандартизации файлов возможностей и конфигурации и может использоваться с датчиками, поддерживающими интерфейсы команд и управления I2C, MIPI I3C и MIPI CSI-2 Unified Serial Link (USL). Используя CCS Static Data, один драйвер устройства может взаимодействовать со многими различными датчиками и модулями изображений, что позволяет иметь один общий драйвер, упрощая интеграцию новых компонентов.
MIPI также предоставляет Инструменты CCSдополнить CCS, предоставив:
• Определение формата простого текста,основано на ЯМЛ, который позволяет разработчикам читать и редактировать файлы статических данных CCS в текстовом виде и может легко создаваться скриптами и другими программами.
• АPerl-скрипт,для преобразования текстовых файлов статических данных CCS в двоичный формат статических данных CCS.
• Реализация справочной библиотеки,Написано на языке C, которое предоставляет общий инструмент для анализа двоичных файлов, создаваемых конвертером, что упрощает поддержку CCS Static Data в драйверах. Это гарантирует, что двоичные файлы CCS Static Data считываются одинаково везде, где используется стандартная библиотека парсера. Кроме того, был разработан драйвер Linux для датчиков камер, совместимых с CCS, для включения в основное ядро Linux.МИПИ ККСиИнструменты MIPI CCSнаходятся в открытом доступе. CCS Tools распространяется по лицензии BSD с тремя пунктами и доступен для загрузки в MIPI Alliance. Репозиторий GitHub.
4.3.2 Протоколы отображения
MIPI 4.3.2.1 MIPI DSI-2
DSI-2 Спецификация уже оснащена для поддержки нескольких дисплеев в автомобиле благодаря высокоскоростному физическому соединению, сжатию данных и гибкой, но простой архитектуре. Благодаря поддержке как пользовательских, так и стандартных конструкций, DSI-2 хорошо подходит для новой волны разработок автомобильных дисплеев. Основная спецификация DSI-2 дополнена спецификациями MIPI DSE и DCS (подробно ниже). Как и CSI-2, спецификация DSI-2 изначально была разработана для смартфонов в середине 2000-х годов, поддерживая высокие разрешения и частоту кадров при низком энергопотреблении для обслуживания как дисплеев в режиме отображения, так и дисплеев в командном режиме. DSI-2 сегодня может поддерживать более 3 гигапикселей в секунду несжатого контента изображения, удваиваясь до 6 гигапикселей в спецификации v2.0. Его транспортный уровень включает стандарт VESA VDC-M для визуального сжатия без потерь полезных данных отображения.
DSI-2, при использовании в сочетании с A-PHY, позволяет разработчикам последовательно подключать несколько дисплеев, каждый с разной пиксельной синхронизацией, через одну консоль, используя один набор сигнальных проводов. Его командный протокол (MIPI DCS) гарантирует, что каждый дисплей получает пакеты данных, синхронизированные с его собственной частотой обновления, в то время как MIPI PHY с меньшим количеством проводов означает сокращение компонентов, снижение системных и производственных затрат и снижение сложности. Протокол DSI-2, используемый совместно с MIPI DSE, поддерживает функции, отвечающие строгим требованиям, уникальным для автомобильной промышленности, включая улучшенную целостность канала для приложений безопасности и HDCP для обеспечения безопасности потоковой передачи развлекательных программ.
Использование сжатия изображений необходимо для решения проблемы распространения высокопроизводительных и высокоскоростных интерфейсных дисплеев в автомобилях следующего поколения. Стандарт сжатия дисплея VDC-M достигает максимального коэффициента сжатия 6:1, например, уменьшая 24-битный несжатый исходный пиксель RGB до 4 бит на пиксель (или 30-битный несжатый исходный пиксель RGB до 5 бит на пиксель) с минимальным влиянием на задержку, что может помочь автомобильным конструкторам удовлетворить спрос на большую общую пропускную способность автомобильного дисплея.
В 2020 году MIPI провел исследование сжатия изображений, чтобы оценить визуально без потерь свойства VDC-M для автомобильных случаев использования. Исследование пришло к выводу, что автомобильные изображения, сжатые с использованием стандарта VDC-M, достигли цели визуально без потерь, тем самым продемонстрировав, что DSI-2 предлагает решение растущих проблем с полосой пропускания в транспортных средствах следующего поколения и может снизить скорость интерфейса на вышеуказанный коэффициент снижения 6:1. Статью можно загрузить сСайт Альянса MIPI.
4.3.2.2 Расширения службы отображения MIPI
(DSE) Спецификация Display Service Extensions (DSE) определяет набор протоколов обслуживания данных, которые обеспечивают улучшенные службы отображения. Эти службы включают в себя службы функциональной безопасности для защиты данных отображения от ошибок передачи и службу защиты цифрового контента с высокой пропускной способностью (HDCP) для защиты видеоконтента. Спецификация также содержит требования и определения для доставки информации о синхронизации видео и часах по каналам A-PHY. Использование DSE позволяет системе отображения соответствовать целям безопасности ADAS до уровня ASIL D (согласно ISO 26262:2018) и поддерживает механизмы безопасности, включая сквозную защиту, как рекомендовано для «высокого» диагностического покрытия шины передачи данных.
Службы безопасности будут добавлены в будущем выпуске спецификации DSE. Эти службы безопасности обеспечат аутентификацию, защиту целостности и шифрование отображаемых данных и любых связанных данных команд и управления. Дополнительную информацию о функциональной безопасности и защите, предоставляемых данной спецификацией, можно найти в разделах 4.4 и 4.5 соответственно.
4.3.2.2.1. DSE применяется к DSI-2
Службы DSE реализуются с использованием протокола Service Extension Packet (SEP) или протокола Frame-Based Service Extension Data (FSED). Два протокола служб данных отличаются своим подходом — протокол SEP добавляет дополнительные заголовки и нижние колонтитулы к каждому пакету DSI-2 (или кадру), тогда как протокол FSED добавляет дополнительные пакеты на основе DSI-2 к каждому кадру отображения. Выбор протокола обеспечивает гибкость реализации, особенно при реализации служб DSE в рамках устаревших решений. Оба протокола могут быть реализованы с высоким уровнем общности, что позволяет реализовать двухпротокольные реализации, если это необходимо. И SEP, и FSED предоставляют базовые службы функциональной безопасности, которые включают счетчики сообщений и циклические проверки избыточности, которые могут применяться либо на основе сообщения DSI-2, либо на основе кадра DSI-2. Реализация протоколов на основе кадра помогает снизить накладные расходы на полосу пропускания протокола, поскольку многие сообщения DSI-2 обычно отправляются в одном кадре DSI-2.
Оба протокола поддерживают базовую службу мониторинга тайм-аута для обнаружения потери связи между хостом и модулем дисплея. Если протоколы реализованы в источнике и приемнике дисплея на их уровнях протоколов, то защита данных на уровне приложения «от конца до конца» обеспечивается независимо от базовой топологии сети. В дополнение к базовым услугам, описанным выше:
• FSED позволяет применять функциональные службы безопасности к определенным «областям интереса» дисплея и к визуально сжатым видеопотокам без потерь (VESA DSC и VDC-M). Он также поддерживает использование программного обнаружения ошибок.
• SEP поддерживает службу защиты цифрового контента с высокой пропускной способностью (HDCP), обеспечивающую защиту видеоконтента DSI-2
4.3.2.2.2. DSE применяется к VESA eDP/DP
Протокол SEP, определенный в DSE, может применяться к устаревшим потокам данных VESA eDP/DP для обеспечения защиты данных (счетчики сообщений и циклические проверки избыточности) в потоках данных eDP/DP через мосты A-PHY. Степень защиты данных охватывает только канал A-PHY в этом сценарии.
4.3.2.3 Набор команд отображения MIPI (DCS)
Набор команд отображения (DCS)Спецификация предоставляет стандартизированный набор команд для функций управления дисплеем и подачи данных изображения на дисплеи через DSI-2. Она определяет команды для всех функций настройки, управления и тестирования, включая управление такими настройками, как разрешение, ширина и яркость. DCS поддерживает стандарты сжатия потока дисплея VESA DSC и VDC-M. Внедрение спецификации DCS сокращает время выхода на рынок и стоимость проектирования мобильных устройств и других продуктов за счет упрощения взаимосвязи продуктов разных производителей. Это также упрощает добавление новых функций продукта, таких как более крупные или дополнительные дисплеи, благодаря расширяемой природе спецификаций MIPI.
4.3.3. Протоколы отображения VESA
VESA DisplayPort и встроенный DisplayPort (eDP)цифровые протоколы отображения, разработанные и стандартизированные VESA. Интерфейс в основном используется для подключения источника видео (например, ECU) к устройству отображения (например, дисплейному модулю).
4.4 Функциональная безопасность
MASS предоставляет функциональные возможности для обеспечения защиты данных, помогая приложениям на основе MASS соответствовать требованиям функциональной безопасности ISO 26262:2018 и позволяя разработчикам создавать системы, соответствующие метрике единичной ошибки (SPFM) и метрике скрытой ошибки (LFM), как определено в соответствующих спецификациях ASIL, от ASIL B до ASIL D.

• Ограниченная по времени схема локальной ретрансляции PHY-уровня (RTS) для каждого канала A-PHY восстанавливает поврежденные A-пакеты для устойчивого соединения, прозрачно для верхних уровней протокола. RTS обеспечивает сверхвысокую устойчивость к эффектам ЭМП, а низкие накладные расходы RTS способствуют приблизительно 90-процентной эффективности A-PHY на верхних передачах 3, 4 и 5 — более высокой эффективности, чем могут достичь многие другие протоколы. Выше в стеке MASS пара спецификаций расширения сервисов (MIPI CSE и MIPI DSE) добавляет функциональную безопасность (и защиту) к протоколам камер и дисплеев более высокого уровня. Это обеспечивает «сквозную» защиту данных от источника данных датчика до приемника данных ECU (включая дополнительную транспортировку через мосты), а также от источника данных ECU до приемника данных панели дисплея (включая дополнительную транспортировку через мосты). Более подробную информацию о CSE и DSE можно найти выше в разделах 4.3.1.2 и 4.3.2.2 соответственно.
4.5 Безопасность
Многие критически важные для безопасности автомобильные сценарии использования требуют сквозной защиты данных от источника данных до приемника данных. Чтобы удовлетворить эту потребность, MASS включает в себя инфраструктуру безопасности, которая использует аутентификацию для защиты от несанкционированных компонентов системы, защиту целостности для предотвращения манипулирования данными и конфиденциальность для защиты конфиденциальности данных. Первоначальная структура безопасности определена в следующем наборе спецификаций, связанных с безопасностью. Спецификации в настоящее время дорабатываются, а обзор членов MIPI запланирован на Q3 и Q4 2023 года.
• Безопасность MIPI v1.0 –предоставляет базовую спецификацию, которая определяет пакет управления безопасностью системы (на основе стандарта DMTF SPDM) для аутентификации и установления защищенных сеансов между компонентами системы и управления службами безопасности.
• Профили безопасности MIPI –v1.0 определяет набор общих профилей безопасности для обеспечения взаимодействия с использованием спецификации SPDM.
• Расширения службы камеры MIPI (MIPI CSE) v2.0 –включает расширения службы безопасности для применения защиты целостности данных и дополнительного шифрования к данным CSI-2.
• Расширения служб интерфейса команд и управления MIPI (MIPI CCISE) v1.0 –включает расширения службы безопасности для применения защиты целостности данных и дополнительного шифрования к интерфейсу управления камерой MIPI (CCI) на основе I2C.
Обновленная версия спецификации MIPI Display Service Extensions (MIPI DSE), выпуск которой запланирован на 2024 год, добавит расширения служб безопасности для применения защиты целостности данных и опционального шифрования к данным DSI-2.
Фреймворк уравновешивает требования безопасности с практической необходимостью разработки компонентов системы в рамках жестких допусков мощности, размера и тепла. Ключевым атрибутом для достижения этой гибкости является способность фреймворка поддерживать безопасность, основанную на выборочном источнике, что позволяет разработчику изменять уровень безопасности в соответствии со структурой протокола приложения верхнего уровня. Функциональность инфраструктуры безопасности основана на нескольких ключевых компонентах.
• Пакет управления безопасностью системы используется для аутентификации компонентов в системе, для установления защищенных транспортных каналов с использованием сеансовых ключей и, используя эти защищенные каналы, для чтения/записи параметров контекста безопасности в системе.
• Затем протоколы служб данных синхронизируются и выполняют контексты безопасности. Таким образом, протоколы служб данных, а именно протоколы Service Extensions Packet (SEP) и Frame-Based Service Extensions Data (FSED), обеспечивают защиту целостности и шифрование данных потоков данных и каналов управления.
• Пакет управления безопасностью системы построен на стандарте SPDM DMTF. Использование протокола SPDM (который сам основан на TLS) было выбрано рабочей группой по безопасности MIPI в качестве основы для фреймворка из-за его гибкости и эффективности, поскольку он уже использовался для защиты других приложений, которые во многом схожи с архитектурами автомобильных сетей.
• Спецификация профилей безопасности MIPI сужает возможности, предоставляемые протоколом SPDM, и определяет набор общих профилей для обеспечения взаимодействия между компонентами системы и сокращения трудозатрат на тестирование.

• В настоящее время разрабатывается набор тестов на соответствие для A-PHY, выпуск которого запланирован на 2023 год.
• Членам MIPI доступны наборы тестов на соответствие для C-PHY, D-PHY, DSI-2, CSI-2 и I3C.
• Наборы тестов на соответствие для CCS и I3C Basic общедоступны (для членов и не членов) на веб-сайте MIPI.
• Рассматриваются варианты комплектов тестов соответствия для CSE и DSE для будущей разработки.
В течение 2022 года и первой половины 2023 года MIPI Alliance участвовал в пилотной программе соответствия A-PHY с целью изучения процессов, необходимых для реализации полной программы соответствия. В рамках первой фазы пилота два поставщика испытательного оборудования провели серию тестов, взятых из проекта A-PHY Reference Compliance Test Suite, при этом другой участник выступал в роли испытательной лаборатории, а другая компания-участник предоставила тестируемое устройство. Методы внедрения (MOI), определяющие, как будут проводиться тесты, были заранее представлены поставщиками испытательного оборудования и одобрены рабочей группой. В рамках следующего этапа пилотного проекта было проведено второе испытательное мероприятие для проведения более обширных испытаний в реальных условиях испытательной лаборатории. После успешного завершения пилотной деятельности Совет MIPI в июне 2023 года одобрил разработку политик, процедур и бюджета, связанных с созданием начальной фазы программы соответствия MIPI A-PHY.
Приложение A — Примеры использования MASS
Введение в решения MIPI Automotive SerDes (MASS)
A.1. Пример 1: камера заднего вида с дисплеем на приборной панели

Задняя камера, направленная позади автомобиля, обеспечивает видео в реальном времени на дисплей высокой четкости, предупреждая водителя о пешеходах или других объектах на пути автомобиля. Камера передает потоковые данные изображения, используя MIPI CSI-2 через MIPI A-PHY, непосредственно в ECU. После того, как ECU обрабатывает данные, он передает потоковое видео в реальном времени на дисплей на панели водителя, используя либо MIPI DSI-2, либо VESA eDP/DP напрямую через MIPI A-PHY.
A.2. Пример 2: Камеры контроля полосы движения

Высокоразрешающие камеры MIPI CSI-2 и другие датчики устанавливаются в передней части автомобиля для захвата изображений дорожной разметки в реальном времени. В некоторых случаях модуль камеры/датчика может выполнять некоторую предварительную обработку для определения положения автомобиля в пределах полосы движения. Данные изображения передаются с камеры/датчиков в ЭБУ с использованием MIPI CSI-2 по MIPI A-PHY. ЭБУ принимает данные с нескольких камер/датчиков и выполняет слияние датчиков для включения расширенных систем помощи водителю и принятия решений в реальном времени. В обеих конфигурациях, показанных на рисунке 16, функции функциональной безопасности и защиты реализованы от источника данных до приемника данных, чтобы гарантировать сверхнизкий уровень ошибок и сквозную защиту от преднамеренного или непреднамеренного вмешательства. Эти реализации MASS с замкнутым контуром гарантируют надежную работу датчиков изображений и/или дисплеев, что особенно важно для таких критически важных с точки зрения безопасности случаев использования. В обеих конфигурациях низкая задержка и высокая скорость передачи данных A-PHY обеспечивают высококачественную передачу изображений при строгих требованиях к синхронизации.
A.3 Пример 3:
Использование MASS для включения последовательного подключения автомобильных дисплеев Современные автомобильные кабины содержат несколько дисплеев с высоким разрешением. Пример, показанный на рисунке 17, показывает кабину с тремя дисплеями с высоким разрешением, обеспечивающими дисплей инструментов водителя, центральный информационный дисплей и дисплей сменного водителя

Рисунок 17 Пример нескольких дисплеев в автомобиле
Использование MASS позволяет подключать эти дисплеи к соответствующим им ЭБУ с использованием топологии последовательного соединения. Это позволяет разработчикам автомобилей снизить сложность и вес кабельных жгутов и упростить подключение дисплеев во время производства автомобиля.

На рисунке 18 показан пример топологии последовательного соединения с одним ЭБУ, управляющим тремя отдельными дисплеями в автомобиле с использованием высокоскоростных соединений A-PHY. Использование высокоскоростных асимметричных соединений A-PHY имеет важное значение для обеспечения последовательного соединения дисплеев из-за комбинированной полосы пропускания, необходимой для управления всеми дисплеями. Использование визуального сжатия дисплея без потерь, такого как VESA DSC и V-DCM в сочетании с A-PHY, также крайне желательно.
Чтобы подчеркнуть, почему использование A-PHY и сжатия имеет важное значение, в таблице 6 рассматриваются три различные конфигурации, каждая из которых состоит из трех последовательно соединенных дисплеев, но с разными разрешениями дисплея. Для каждой конфигурации общая полоса пропускания, необходимая для управления дисплеями (несжатыми и сжатыми), показана в правых столбцах.

Таблица 6 Пример трех различных конфигураций последовательного подключения дисплеев
