在科技飛速發(fā)展的當(dāng)下，智能設(shè)備如雨后春筍般涌現(xiàn)，數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)不斷迭代升級，各類軟件也日益復(fù)雜。這一系列變革使得市場對高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨蟪尸F(xiàn)出爆發(fā)式增長。企業(yè)迫切需要數(shù)據(jù)在其技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施中實(shí)現(xiàn)快速傳輸，同時(shí)還要兼顧適應(yīng)性、可擴(kuò)展性以及安全性。無論是提升手機(jī)視頻的畫質(zhì)，助力無人駕駛汽車精準(zhǔn)避障，激活智能家居安全設(shè)備，還是監(jiān)控工業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量，高效的數(shù)據(jù)傳輸都發(fā)揮著舉足輕重的作用。在眾多領(lǐng)域中，嵌入式視覺系統(tǒng)憑借其獨(dú)特優(yōu)勢，正逐漸成為關(guān)鍵技術(shù)，而高速數(shù)據(jù)傳輸則是嵌入式視覺邁向未來的核心驅(qū)動力。

嵌入式視覺系統(tǒng)的崛起與挑戰(zhàn)

隨著邊緣計(jì)算、AIoT、ADAS、機(jī)器人和工業(yè)視覺等應(yīng)用場景的蓬勃發(fā)展，嵌入式視覺系統(tǒng)迎來了前所未有的機(jī)遇，同時(shí)也面臨著諸多嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。在這些應(yīng)用中，系統(tǒng)設(shè)計(jì)者不得不面對傳感器數(shù)據(jù)量呈指數(shù)級增長的現(xiàn)實(shí)。以自動駕駛汽車為例，車輛周圍部署的多個(gè)攝像頭、毫米波雷達(dá)以及 LIDAR 等傳感器，每秒都會產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)需要及時(shí)、準(zhǔn)確地傳輸?shù)接?jì)算端進(jìn)行處理，以便車輛能夠迅速做出決策，確保行駛安全。然而，傳統(tǒng)的通信接口在面對如此龐大的數(shù)據(jù)量時(shí)，往往顯得力不從心，暴露出帶寬不足、兼容性差等問題。

在高清多通道攝像頭、毫米波雷達(dá)、LIDAR 與 AI 協(xié)同感知日益普及的今天，數(shù)據(jù)從感知端(攝像頭、傳感器)到計(jì)算端(SoC、主機(jī))之間的傳輸效率，成為了影響系統(tǒng)實(shí)時(shí)性和可靠性的關(guān)鍵因素。如果數(shù)據(jù)傳輸出現(xiàn)延遲或丟失，可能會導(dǎo)致自動駕駛汽車做出錯(cuò)誤決策，引發(fā)嚴(yán)重后果;在工業(yè)視覺檢測中，可能會造成次品漏檢，影響產(chǎn)品質(zhì)量。因此，如何在高帶寬、低延遲、低功耗和多協(xié)議兼容之間找到完美平衡，成為了嵌入式視覺系統(tǒng)設(shè)計(jì)者亟待解決的難題。

高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)年P(guān)鍵協(xié)議與組件

短距離媒體傳輸協(xié)議

移動產(chǎn)業(yè)處理器接口(MIPI)：MIPI 作為一種標(biāo)準(zhǔn)化接口，在移動和嵌入式視覺應(yīng)用中占據(jù)著重要地位。它能夠?qū)⑼庠O(shè)和傳感器便捷地連接到設(shè)備的嵌入式處理器，并且支持各種傳感器、處理器和顯示器之間的高速數(shù)據(jù)傳輸。在智能手機(jī)中，攝像頭與處理器之間的數(shù)據(jù)傳輸就常常借助 MIPI 接口。其具有高吞吐、低功耗、低引腳數(shù)的優(yōu)勢，能夠?yàn)閳D像傳輸提供高效通道。然而，MIPI 的點(diǎn)對點(diǎn)結(jié)構(gòu)在一定程度上限制了其在多通道橋接與擴(kuò)展方面的應(yīng)用。

千兆位多媒體串行鏈路(GMSL)：GMSL 是一種高度可配置的 SERDES 互連解決方案，在高速、高分辨率視頻和顯示應(yīng)用中表現(xiàn)出色。它能夠通過單線傳輸實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、控制和電源信號，這一特性使其非常適合汽車、無人機(jī)等多攝像頭同步應(yīng)用場景。在汽車的環(huán)視系統(tǒng)中，多個(gè)攝像頭采集的圖像數(shù)據(jù)可以通過 GMSL 接口快速傳輸?shù)街醒胩幚砥鳎瑢?shí)現(xiàn)車輛周圍環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

PCIe®：PCIe 為傳感器和處理器之間提供了高速互連通道，具備出色的可擴(kuò)展性。在一些對數(shù)據(jù)傳輸速度要求極高的嵌入式視覺系統(tǒng)中，如高端工業(yè)檢測設(shè)備，PCIe 接口能夠滿足大量數(shù)據(jù)的快速傳輸需求。但它也存在功耗較高且協(xié)議處理較為復(fù)雜的缺點(diǎn)。

長距離協(xié)議

以太網(wǎng)(GigE Vision/AVB/TSN 等)：以太網(wǎng)正迅速成為工業(yè)視覺領(lǐng)域的主流協(xié)議。它具有長距離傳輸、低延遲和時(shí)間同步等特性，有利于構(gòu)建分布式感知架構(gòu)。在大型工廠的生產(chǎn)線監(jiān)控中，通過以太網(wǎng)可以將分布在不同位置的攝像頭數(shù)據(jù)集中傳輸?shù)街醒肟刂葡到y(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對整個(gè)生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)監(jiān)測與管理。

同軸電纜(CoaXPress、SDI 等)：盡管同軸電纜在廣播和部分工業(yè)場景中仍有應(yīng)用，但隨著技術(shù)的發(fā)展，其逐漸被以太網(wǎng)替代。以太網(wǎng)在數(shù)據(jù)傳輸速度、靈活性等方面具有更大優(yōu)勢，能夠更好地滿足現(xiàn)代嵌入式視覺系統(tǒng)的需求。

FPGA：應(yīng)對復(fù)雜視覺數(shù)據(jù)傳輸?shù)睦?

面對上述復(fù)雜的視覺數(shù)據(jù)傳輸需求，傳統(tǒng)的固定功能芯片顯得捉襟見肘，難以應(yīng)對不斷變化的連接需求。而具備高 I/O 靈活性和可編程邏輯的 FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)則成為了解決問題的關(guān)鍵選項(xiàng)。

基于 Nexus?和 Avant?架構(gòu)的 CertusPro?-NX 等 FPGA 產(chǎn)品，具有諸多優(yōu)勢。它們不僅具備高 I/O 密度、低功耗小封裝和高速低延遲 SERDES 接口等特點(diǎn)，還能在系統(tǒng)中高效完成攝像頭至處理器間的協(xié)議橋接和數(shù)據(jù)聚合任務(wù)。在邊緣 AI 設(shè)備和空間受限的工業(yè)場景中，這些 FPGA 產(chǎn)品能夠充分發(fā)揮其優(yōu)勢，為系統(tǒng)提供靈活、高效、低功耗的連接解決方案。

配合 mVision?軟件生態(tài)，開發(fā)者可借助完整的設(shè)計(jì)工具鏈(如 Radiant?和 Lattice Diamond?)及豐富 IP 核庫，實(shí)現(xiàn)對 MIPI、USB3、GigE Vision 等多種協(xié)議的模塊化集成。參考設(shè)計(jì)如 GMSL 到 MIPI 橋、MIPI DSI 到 DisplayPort 橋等，大大簡化了多攝像頭同步、高清顯示和數(shù)據(jù)路徑定制等關(guān)鍵任務(wù)，有力地推動了 ADAS、工業(yè)視覺和機(jī)器人導(dǎo)航系統(tǒng)的快速開發(fā)與部署。

高速數(shù)據(jù)傳輸推動嵌入式視覺的未來發(fā)展

嵌入式視覺系統(tǒng)正朝著模塊化、分布式、協(xié)議異構(gòu)的新架構(gòu)轉(zhuǎn)變。在這一過程中，高速數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的不斷優(yōu)化與演進(jìn)至關(guān)重要。它不僅能夠?qū)崿F(xiàn)多協(xié)議的靈活互聯(lián)，還能保證系統(tǒng)在低功耗狀態(tài)下高效運(yùn)行。

FPGA 作為嵌入式視覺系統(tǒng)中的核心組件，憑借其強(qiáng)大的協(xié)議適配能力、低功耗設(shè)計(jì)和高集成度，正在成為構(gòu)建智能視覺系統(tǒng)中數(shù)據(jù)協(xié)同和計(jì)算協(xié)同的 “調(diào)度器”。通過高速數(shù)據(jù)傳輸，不同類型的傳感器數(shù)據(jù)能夠快速、準(zhǔn)確地匯聚到一起，經(jīng)過 FPGA 的處理和調(diào)度，為 AI 算法提供豐富、及時(shí)的數(shù)據(jù)支持，從而實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的目標(biāo)識別、場景理解和決策制定。

在未來，隨著 5G、人工智能等技術(shù)的不斷發(fā)展，嵌入式視覺系統(tǒng)將面臨更加復(fù)雜多樣的應(yīng)用場景和更高的性能要求。高速數(shù)據(jù)傳輸將持續(xù)發(fā)揮關(guān)鍵作用，不斷拓展智能系統(tǒng)的效率邊界，為自動駕駛、工業(yè) 4.0、智能家居等領(lǐng)域帶來更多創(chuàng)新應(yīng)用，推動整個(gè)社會向智能化、自動化方向邁進(jìn)。