图片来源：thehost@zcool

本篇从硬件角度，主要介绍板内通信MIPI和板间通信SerDes技术，主要包括：

1. MIPI CSI/DSI协议介绍；

2. MIPI D-PHY，C-PHY，A-PHY介绍；

3. SerDes私有协议和主要产品；

4. SerDes公有协议和主要产品；

01

MIPI简介

1. MIPI协议族

2003年，MIPI联盟由ARM、Nokia、ST、TI等公司发起成立。MIPI（Mobile Industry Processor Interface，移动行业处理器接口）协议是MIPI联盟发起的为移动应用处理器制定的开放标准。随着飞思卡尔、英特尔、三星和爱立信等重量级厂商的加入，MIPI也逐渐被国际标准化组织所认可。

建立MIPI协议的最初目的是为了标准化手机内部的接口（如摄像头、显示屏、射频/基带等），从而简化手机设计，增加灵活性。

MIPI联盟内有不同的WorkGroup，分别负责定义不同的接口标准：比如摄像头接口CSI、显示接口DSI、射频接口DigRF、麦克风/喇叭接口SLIMbus等。

下图是手机的系统架构，以及MIPI协议在其中的应用：

图片来源：MIPI

1. Multimedia

2. Chip-to-Chip Inter Process Communications

3. Control & Data

4. Debug & Trace

图片来源：MIPI

其中，在车载领域，应用最为广泛的是多媒体规范，尤其是Camera相关的CSI规范（Camera Serial Interface Specification）和Display相关的DSI规范（Display Serial Interface Specification）。

图片来源：MIPI Alliance 官网

2. MIPI CSI

1. 应用层（Application Layer），主要描述了上层数据流中的数据编码和解析。

2. 协议层（Protocol  Layer），包含了几个不同的子层，包括像素/字节打包/解包层、LLP、通道管理层等。

3. 物理层（PHY Layer），定义了传输介质，输入/输出电路信号的电气特性和时钟机制。

图片来源：MIPI

• CSI-2协议目前应用最为广泛，遵循的物理层标准有：C-PHY、D-PHY和A-PHY；

• CSI-3协议的物理层标准是M-PHY，应用层协议栈需要连接Uni-Pro层；

图片来源：MIPI

3. MIPI DSI

DSI以串行的方式发送像素信息或指令给外设，而且从外设中读取状态信息或像素信息，而且在传输的过程中享有自己独立的通信协议，包括数据包格式和纠错检错机制。

02

MIPI物理层：D-PHY，C-PHY和A-PHY

本文主要关注硬件，因此重点介绍一下MIPI CSI/DSI的物理层协议。（M-PHY目前应用较少，暂时略过）

D-PHY和C-PHY主要用于短距通信（例如几厘米，一般是板内通信），A-PHY适用于长距离通信（例如十几米）。同时，A-PHY还是公有协议SerDes的一种。

1. D-PHY

D-PHY是一种低功耗的串行传输技术，适用于较短距离的数据传输。

D-PHY使用多个通道（1/2/4 Lane）和1个独立的时钟信号（Clock Lane）进行数据传输，每个通道的编码方式和时钟频率相同。

每个Lane都是电流驱动型的差分线对，单信号幅度一般是200mv，线对差分的幅度在400mv左右，布线要求是等长线对。D-PHY有单独的同步时钟来进行同步，因此最多是10根线。

D-PHY每个Lane支持2.5 Gbps的数据传输速率（4个Lane合计10 Gbps），具有较低的功耗和复杂性。

2. C-PHY

C-PHY是一种高带宽的串行传输技术，使用最多3个通道同时传输数据，每个通道都采用不同的编码方式和时钟频率。

C-PHY接口是1/2/3 Trio，每个Trio走3根线，最多是9根线。相对于D-PHY，C-PHY传输速率更高，C-PHY每个Trio最高速率是5.7Gb/s，3个Trio合计可达17.1G/s。

C-PHY采用电压驱动型信号线，3条信号线中两两差分，信号幅度绝对值分别是0、100、200mv，信号较弱，同样不适合远距离传输。C-PHY没有单独的时钟信号线，时钟隐藏在通信的时序之中。由于无时钟引脚的电磁辐射，因此系统布局更加灵活。

C-PHY和D-PHY物理连接方案对比如下：

图片来源：MIPI

图片来源：网络

3. A-PHY

A-PHY启动于2018年，由MIPI组织和Valens等推动。

A-PHY作为MIPI协议的扩展，专门针对车载长距离传输进行设计。A-PHY是公开的SerDes协议标准，任何基于 MIPI A-PHY 标准的芯片都能实现互联互通。

A-PHY 采用单端差分信号传输，使用多个差分信号对，以及一条或多条时钟线。A-PHY有较强的抗干扰能力，并在较远的距离上保持信号完整性。特点包括：

• 高可靠性：10e-19的超低数据包误差率，或者在汽车的整个使用寿命期少于一次误差；

• 高耐用性：极强的抗电磁干扰能力；

• 高性能：V1.0版本数据速率达16Gbps，V1.1版本达到32Gbps，上行链路数据速率提高到200Mbps；

• 低延迟：固定延迟低至约6µs，具体取决于速度档位；

• 长距离：可达15米；

• 支持电缆供电；

1. 当前：C-PHY/D-PHY用于板内短距离传输，长距离传输采用SerDes桥接方式实现（GMSL或者FPD-Link等私有协议SerDes）；

2. 明天：使用A-PHY公有协议SerDes替换GMSL或者FPD-Link等私有协议SerDes；

3. 未来：将 A-PHY 接口集成到传感器端和 SoC/ECU 端，消除桥接，实现端到端的连接，从而实现更精简SerDes链路设计，降低成本，并实现更好的 EMI/EMC 性能和极低的丢包率等诸多优势。

A-PHY和GMSL、FPD-Link的对比：

图片来源：知乎IEEE1364

1）A-PHY V1.0

MIPI A-PHY 是非对称传输协议， 在V1.0中上行速率是100Mbps，下行速率最低2Gbps，最高可达16Gbps。2021年，IEEE将A-PHY V1.0作为IEEE 2977-2021标准发布。

V1.0的速率指标如下：

图片来源：MIPI

MIPI A-PHY主要包括数据链路层（Data Link Layer）和物理层（Physical Layer）。A-PHY物理层又分为RTS、PCS和PDM三个子层。

A-PHY和协议层的接口还是PPI接口，兼容D-PHY/C-PHY接口，可以直接和CSI2/DSI2相连。A-PHY数据链路层执行包调度、优先排序和发送。

2）A-PHY V1.1

A-PHY V1.1主要是增加了对低成本传统电缆的支持、双倍上行链路数据速率、增加对Star Quad电缆支持，可实现更低成本的双通道操作。

3）A-PHY V2.0

A-PHY V2.0采用PAM16编码，单根线缆可以实现32Gbps，同时，上行速率提升到1.6Gbps，实际可用速率是1166Mbps。

03

SerDes概览

1. 基本功能

SerDes技术是目前车载远距离高速信号传输的关键技术，通过将并行数据流转换为串行数据流进行传输，大大减少传输线的数量，降低系统复杂度和成本，同时也提高了传输速度和可靠性。

例如，TI的SerDes（FPD-Link III）解决方案如下：

SerDes的核心组成部分包括串行器(Serializer)和解串器(Deserializer)。串行器负责将接收到的并行数据转换为串行数据，再通过单一的高速传输线路发送出去；解串器则将接收到的串行数据还原为原始的并行数据格式。

SerDes利用接收端的CDR（Clock Data Recovery，时钟数据恢复)电路，从数据的边沿信息中抽取时钟，并找到最优的采样位置。CDR是SerDes技术的设计难点，也是影响传输性能的关键。

SerDes被广泛应用于视频传输、以太网、SATA、PCIe等应用中。其中，汽车高速视频流传输是SerDes技术的重要应用场景，如下是SerDes技术在摄像头和显示屏中的应用示例：

图片来源：ADI

2. 主要协议和解决方案

车载SerDes协议主要分为私有协议和公有协议，部分协议指标对比如下：

在全球车载SerDes芯片市场中，ADI(Maxim)和TI两家公司在2023年占据了大约92%的市场份额，Inova、Sony和ROHM等则共占有约6%的市场份额。

主流方案应用情况如下：

资料来源：盖世汽车研究院，山西证券研究所

04

SerDes私有协议和产品

SerDes私有协议主要有GMSL（ADI）、FPD-LINK（TI）、APIX（Inova）、GVIF（Sony）、Clockless link（罗姆）、AHDL（慷智）、R-LinC（仁芯）等等。

1. GMSL（ADI）

GMSL（Gigabit Multi-Media Serial Link）是ADI（美信）的串行解串技术。

ADI GMSL的发展历程如下：

图片来源：ADI

GMSL技术的开发起源于1999年，2004年推出第一款产品，目前第三代GMSL已经完成开发（最高可支持1500万像素摄像头），正在开发的GMSL3X，可以看作3.5代GMSL。

四代GMSL性能对比：

图片来源：ADI

图片来源：ADI

ADI的SerDes产品序列很多，其中包括：

串行器：MAX9295和MAX96717等；

1. MAX96712：GMSL2代产品，每个链路在正向方向上以3Gbps或6Gbps的固定速率工作。可以接入4个400万像素摄像头，是目前最主流的产品；

2. MAX96722/MAX96724/MAX96716F：可以接入4个200万像素摄像头；

3. MAX96792/MAX96793：GMSL3代产品，速率达12Gbps，可以接入4个800万像素摄像头；

MAX96712具备四路独立输入和输出：

图片来源：ADI

2. FPD-LINK（TI）

FPD-LINK（Flat Panel Display Link），是美国国家半导体公司于1996年提出的，2011年美国国家半导体被TI收购。

FPD-LINK到目前已经开发到第4代。

1）FPD-LINK I

FPD-Link I：将宽并行的RGB总线串行化为4或5对LVDS信号。

图片来源：emb.macnica.co.jp

2）FPD-LINK II

FPD-Link II：差分线合并为1条。

图片来源：emb.macnica.co.jp

3）FPD-LINK III

FPD-Link III：扩展带宽，合并I2C接口。

图片来源：emb.macnica.co.jp

FPD-Link III的典型应用如下：

多DS90UB953+DS90UB954 连接示意图：

4）FPD-LINK IV

FPD-LINK IV是TI最新一代SerDes技术，满足FPD-LINK IV的第一代产品是串行器DS90UB971和解串器DS90UB9722。

DS90UB971通信速率每个通道1.5Gbps，每个端口6Gbps。

DS90UB9722可提供7.55 Gbps正向通道和47.1875 Mbps双向控制通道，用于通过汽车同轴或STP电缆将最多两个原始数据传感器连接到中央处理单元，可支持8MP/40fps的摄像头数据解析。

3. AHDL（慷智）

慷智成立于2017年，自主研发AHDL（Automotive High Definition Link）传输和实时双向通讯协议。

目前慷智的第一代产品已出货近百万颗芯片，第二代车载SerDes芯片最高可达6Gbps，即将批产。慷智已经成为了国内为数不多能够自主研发，并已批量出货的车载SerDes芯片厂商。

4. R-LinC（仁芯）

R-LinC是仁芯科技自研的单通道16Gbps车载高性能SerDes芯片，向下可兼容全速率16Gbps-1.6Gbps。

R-LinC支持15米的长距离传输，采用22nm工艺打造，插损补偿能力达到30dB以上，并可实现实时自适应均衡。

1颗仁芯R-LinC加串芯片可接入一颗17MP超高分辨率摄像头，或者同时接入两颗8MP像素高清摄像头，单根线束传输两路视频流，节省1颗芯片和1套线束及接插件。

仁芯科技加串芯片二合一方案：

来源：仁芯科技

仁芯R-LinC单颗解串器可实现6路输入，最高可实现6*16Gbps（12颗8MP摄像头）的高速数据吞吐能力，同时支持16Gbps的转发能力，仁芯解串芯片六路合一方案：

来源：仁芯科技

05

SerDes公有协议和产品

公有协议主要A-PHY（MIPI）、ASA-ML（ASA）和HSMT（中国汽标委）。

1. MIPI A-PHY

1）Valens（以色列）

Valens 成立于 2006 年，是MIPI A-PHY标准的重要贡献者，也是市场上首家提供符合A-PHY标准的芯片组（VA7000系列）的厂商。

• 2021年7月， Valens宣布与索尼半导体进行评估，计划开发MIPI A-PHY技术，并将其集成到下一代图像传感器产品中。彼时，Valens的VA7000 芯片组系列已成功流片。

• 2021年9月，舜宇光学和Valens宣布，双方已在“将兼容MIPI A-PHY的芯片组集成至下一代相机模组”方面展开合作。合作内容涉及“在ADAS模组使用嵌入VA7031串行器的800万像素传感器”、“在环视模组使用嵌入VA7021串行器的300万像素传感器”。

• 2022年5月，豪威宣布携手Valens，共同为汽车行业推出了一款符合MIPI A-PHY标准的摄像头解决方案，双方将在豪威的汽车参考设计系统（ARDS）摄像头模块中，使用Valens的新型VA7000 A-PHY兼容芯片组和豪威OX08B40图像传感器。据称，这有望实现车载摄像头系统缩小体积、降低功耗、减少成本等目的。

• 2022年9月14日，Valens宣布，索尼的MIPI A-PHY发射器与Valens的接收器成功完成互通测试，测试内容包括高速数据传输。

• 2022年9月29日，Valens宣布与英特尔展开合作，依托于Valens的MIPI A-PHY技术，为芯片代工厂开发符合MIPI A-PHY标准的汽车技术，这将使汽车行业第三方能够与英特尔代工服务直接合作设计和制造A-PHY芯片，加快A-PHY产品的上市。

• 2022年上半年，舜宇光学联合Valens完成了800万像素A-PHY传输技术车载摄像头模组的研发。

1. 支持两路A-PHY，上行2~8Gbps，下行100Mbps，功耗1.6W。

2. 支持同轴电缆最长可达 15 米（50 英尺），屏蔽差分对电缆最长可达 10 米（33 英尺），可通过非屏蔽双绞线电缆以高达 4Gbps 的速度进行连接。

3. 具有两个CSI-2输出端口，可以连接到一个或两个SoC，从而多路复用和/或复制传入的传感器数据。

Valens预计在2025年推出性能更强的VA7100芯片组，单个接口可支持16Gbps以上带宽，能够支持高达1700万像素以上分辨率的摄像头。

在解串器端，单链路可支持16Gbps以上带宽，可实现多路实时视频及数据的传输或交换，所有传感器数据均可灵活交换、复制。

图片来源：Valens

2）首传微

苏州首传微开发了VL77系列A-PHY芯片，已经成功实现国内首颗A-PHY全功能发射芯片回片验证。在进行了发射芯片完整性与接收验证平台的互通性测试后，于2022年8月顺利完成了接收芯片的流片。

图片来源：首传微

3）芯炽科技

上海芯炽科技成立于2019年8月，研发了基于MIPI A-PHY协议的串行器SC5501和解串器SC5502芯片。

图片来源：芯炽科技

SC5501/02产品具备视频聚合、信号丢失自恢复、远程控制等特性，支持15米的连接距离，同时保持高性能的5档速度（2, 4, 8和16Gbps），未来可扩展至48Gbps。

图片来源：芯炽科技

2. ASA Motion Link

2019年，由宝马、福特、大陆集团、博通、Fraunhofer IIS、恩智浦、Marvell和Microchip作为创始成员，建立了汽车SerDes联盟，联合国际知名车载产品供应商为成员，制定和发布了ASA Montion Link (ADA-ML)通信协议，以推动不同芯片厂家的SerDes产品的互联互通。

2022年6月，ASA联盟发布了“ASA Motion Link”收发器规范v1.1，该规范定义了SerDes用于2~64Gbps通讯速率的车载高速通信技术。

1）Microchip

2024年3月，宝马集团在慕尼黑举行的汽车以太网大会上宣布，将于2027年引入标准化的ASA-ML。

此外，宝马与Microchip还合作进行了一次基于ASA-ML标准的芯片组概念验证，未来宝马有可能会采用Microchip的VS77X芯片组，用于传感器与域控和显示器之间的高速视频图像传输。

2）景略半导体

2024年3月，景略半导体（ASA联盟的早期会员）研发的车载SerDes芯片（JH76xx系列），已经通过多家头部客户的测试验证，预计2024年年底开始量产出货，这是中国首家基于ASA协议的SerDes产品。

JH76xx系列产品通讯速率覆盖2~16Gbps，通讯距离覆盖30米，具备先进的前向纠错技术、CDR时钟恢复技术，通过相关自研IP产品，插损回损补偿能力大于35db，误码率达到1e-15。

3）景芯豪通

景芯豪通由JLSemi控股和韦尔股份合资成立，研发车规级2/4/6Gbps速率SerDes芯片，采用与ASA兼容的开放SerDes协议，具有很低信号延时，支持30米的传输距离。

3. HSMT

HSMT（Automotive Wired High Speed Media  Transmission，车载有线高速媒体传输），是汽标委网联工作组在2020年启动《车载有线高速媒体传输系统技术要求及试验方法》标准起草的行标。

瑞发科

瑞发科是参与HSMT标准的首家芯片设计企业，在2022年完成芯片测试，最高速率达到12.8Gbps，能够支持1500万像素摄像头和4K@60Hz分辨率显示屏。

• SoC包括：地平线J5、芯驰X9H、星宸SAC8542、MTK MT8675、高通、爱芯元智M76、NVIDIA Orin等，

• 摄像头模组包括：智华、晶华、瞰瞰、森云智能、利达等各家的基于HSMT Tx芯片和主流车规CIS的多种1M/2M/8M车载摄像头成品模组。

瑞发科SerDes产品包括串行器NS6012和4合一解串器NS6603，是全球首颗符合汽标委HSMT行标的商用量产芯片，支持最高正向6.4Gbps和反向100Mb/s速率，及低延时双向IO透传和PoC供电。符合AEC-Q100  Grade-2车规认证和ISO  26262功能安全ASIL-B产品认证。支持前向纠错、物理层重传、实时均衡校准等技术，传输距离达16米同轴和10米双绞线缆。

串行器芯片支持MIPI  CSI-2 2.5Gbps D-PHY输入，解串器芯片支持MIPI CSI-2 2.5Gbps D-PHY 和5.7Gbps  C-PHY输出。

图片来源：瑞发科

车载摄像头解决方案：

图片来源：瑞发科

车载显示解决方案：

图片来源：瑞发科

06

结语

在域控制器视频通信领域，MIPI和SerDes技术占据了重要地位。

当前基于私有协议的SerDes仍然是市场主流，不过MIPI A-PHY等公有协议生态发展迅速，由于具备更高的通信速率、更精简的通信链路、更好的电磁兼容性能、更低的成本、芯片组合方案更灵活，在未来极具发展潜力。

本文内容仅代表个人观点，和真实情况有可能有偏差，仅供参考。如需要相关内容更详细的技术信息，欢迎添加“雪岭飞花”微信（maxhnnl）进一步交流，感谢。

雪岭：自动驾驶-系列文章

1. 《自动驾驶系统：全景概览》

2. 《雪岭 · 自动驾驶(1/10)：系统架构》

3. 《雪岭 · L3自动驾驶冗余模式和设计纲要》

4. 《雪岭 · 自动驾驶(2/10)：感知系统》

5. 《雪岭 · 自动驾驶(3/10)：控制系统-硬件（上）：域控制器硬件架构》

6. 《雪岭 · 自动驾驶SOC——芯片架构、6个主要玩家Roadmap和产品、技术趋势》

7. 《雪岭 · 车载以太网硬件方案（万字概览）》（注：该超链接错误，文章请检索本公众号）
   

8. 《雪岭 · Robotaxi最新发展现状、主要玩家和技术趋势》

9. 《雪岭 · 可能的自动驾驶终极解决方案——“端到端”开发体系概览(1/2)》

10. 《雪岭 · 20个重点“端到端”玩家——1.7万字方案简介(2/2)》

雪岭：激光雷达-系列文章

1. 《激光雷达系列（一）：原理、分类和发展趋势》

2. 《激光雷达系列（二）：国内主要激光雷达公司产品简介》

3. 《激光雷达系列（三）：配备激光雷达的汽车汇总（含安装方式）》（链接：https://zhuanlan.zhihu.com/p/688537867）

4. 《55图分析：华为激光雷达详细拆解和系统方案》（华为96线激光雷达）

5. 《发布 · 华为最新192线激光雷达拆解分析报告》

6. 《凭啥做到1000元级？速腾最新产品MX分析》

7. 《1.5万字初探：车载激光雷达的终极形态——FMCW激光雷达的原理、优势、方案和玩家》

8. 《雪岭 · 激光雷达常见点云异常场景分析》

9. 《Yole最新重要报告解读：《Lidar for Automotive 2024》》

10. 《雪岭 · 万字再谈FMCW激光雷达——发展现状、挑战和应对（含2个国内头部玩家介绍）》

11. 《基于OPA的片上集成FMCW激光雷达》

雪岭：毫米波雷达-系列文章

1. 毫米波雷达原理详见：《毫米波雷达系列（一）：毫米波雷达简介》（链接：https://zhuanlan.zhihu.com/p/686260069）

2. 《毫米波雷达系列（二）：毫米波雷达的性能局限》

3. 《4D成像毫米波雷达应用现状和发展趋势》

4. 《万字介绍：4D成像毫米波雷达方案和34家主要雷达公司产品》

5. 《毫米波技术的进步：适用于汽车雷达的封装上装载 (LoP) 技术》

6. 《雪岭 · 毫米波雷达典型“误报漏报”场景分析》

雪岭：红外摄像头-系列文章

1. 《雪岭 · 万字初探红外摄像头（上）：基本原理、特点、应用和国外主要玩家》

2. 《雪岭 · 万字初探红外摄像头（下）：自动驾驶感知“响尾蛇”——长波红外热成像系统》

我是雪岭飞花，汽车行业24年开发经验，自动驾驶行业发展的见证者和参与者，自动驾驶感知和控制系统资深专家。

做有深度、高质量的技术分享，如果文章对您有帮助，欢迎关注、点赞和转发。如有疏漏或者错误，请批评指正。

如需加入自动驾驶专家微信群，和数百位自动驾驶CEO/CTO、研发/产品总监、资深开发专家探讨交流，请添加“雪岭飞花”微信（扫描下方二维码，或者搜索maxhnnl，特请备注所在公司和专业方向，感谢）。

原文始发于微信公众号（雪岭飞花）：雪岭 · 域控制器高速通信『利器』：MIPI和SerDes