基于IDB-1394和MB883951394汽车控制器满足将来信息娱乐网络要求

目前人们对用于车载多媒体网络的1394Automotive关注度越来越高，而且期望其在将来的汽车市场上通用。近年来各国视线逐渐转向数字电视，有关高清的产品越来越多，再加上2013年Blu-Ray播放器将停止模拟输出，使得1394Automotive得以应用于愈来愈凶猛的车载网络数字传输大潮中。正是因为预测未来对后座娱乐系统的需求，富士通微电子早在2005年就带领其它供应商引进了1394Automotive控制器。

下面连接到网络上的设备列表即可明白汽车网络的带宽要求（图1）：

用于避免碰撞的视野摄像头

GPS装置

MP3播放器

高清晰度多媒体播放器和显示器

游戏控制台

能通过蜂窝和Wi-Fi网络访问网页与发送电子邮件的个人电脑和其它设备

图1：汽车网络器件

这些设备之间的通讯需要大容量的带宽网络，并且将来吞吐量要求也会不断提高。必须适当处理流量，以便提供良好的服务质量。该网络采用的技术包括硬件和软件两部分。

1394汽车技术简介

1394高速传输技术的第一种标准是IEEE1394-1995，这个版本允许数据达到400Mbps，第二个版本是1394a-2000，它增加的功能例如异步数据流和串联包。1394a-2000可以支持800Mps的数据速率。近年来，支持1600Mps和3200Mbps的也加入到这个标准中。1394汽车标准1394b-2000已经在2000年得到批准。

1394标准包含2种数据通信：同步和异步。同步数据（视频和音频）要保证及时性，但不保证送达。如果迟到，则这类数据的本质让它成了无用数据，但是可以丢弃某些数据而不会产生重大问题。1394规范分配了125s的周期时隙来发送同步数据。

另一方面，异步数据要保证送达，但不保证及时性。这类数据必须到达目的地，但是时间不重要。如果未能送达，节点则会重新发送数据。

1394协议堆栈见图2，由事物处理层、链路层和物理层组成。在1394控制器IC中，在软件中实现事物处理层，在软件或硬件中实现链路层，在硬件中实现物理层。

图2：IEEE1394协议堆栈

1394汽车技术与竞争技术对比

了解1394汽车技术的最简便方法是将其与替代技术进行对比。跟1394技术相比，MOST150（MOST速度最高的版本）和千兆位级以太网的劣势很明显，如下所述。这些劣势包含在市面上的网络标准和IC实现。

MOST150的劣势

缺乏DTCP

内容保护是汽车数字多媒体网络必须具备的特性，并且数字传输内容保护（DTCP）是实现这种功能的主要技术。由于MOST150产品缺乏这种特性，所以MOST网络需要其它器件来实现内容保护（图3）。

图3MOST150没有DTCP在存储媒体的内容保护

缺乏内容保护导致了硬件成本和其它软件支持成本的增加。并且，即使使用外部DTCP器件，也只能在网络而不是存储媒体（HDD等）上保护MOST150系统中的多媒体内容。

相反，1394汽车IC具有内置式DTCP。这种方法可将硬件和软件成本最小化，同时还能保证全面保护数据。

总线速度低

MOST150网络只能够实现150Mbps的速度，这只是当今的1394汽车器件的800Mbps总线速度的一小部分。将来，1394器件的总线速度预计会加倍。

需要外部数据压缩

为了补偿总线速度低的不足，MOST150网络可以通过使用数据压缩将数据吞吐量提高到可以与1394汽车网络相媲美的水平。这种方案需要外部编解码器来压缩和解压缩多媒体数据，从而产生了2个问题。

首先，实现多媒体压缩和解压缩（如MPEG2-TS）需要典型器件，而这些器件会使延迟大幅增加–可能高达400ms。因此，驱动器会发现视野照相机视频中出现了显著延迟。在用户快进DVD时，压缩/解压缩延迟还会导致重大延迟（图4）。

图4：外部多媒体编解码器导致MOST150网络发生重大延迟

第二个问题是使用外部编解码器产生的成本问题。伴随编解码器的是设计需要外部帧存储器来缓冲视频。事实上，MOST150设计需要的芯片器件可能多达8个。

由于1394汽车网络的总线速度高得多，所以根本无需压缩。然而，如果预期的带宽要求极高，设计则可以利用内置到富士通1394汽车器件中的编解码器来实现低延迟和低成本。我们认为，这些内置式编解码器可以将延迟保持在4ms，并且只需2块芯片即可实现设计。

1394汽车和MOST150所需的器件数量对比见图5。

图5：器件对比

软件

由于少数公司控制着MOST技术，所以只有少量的公司掌握着该多媒体总线的软件专业知识。因此，MOST系统的软件开发成本较高，并且系统集成商也只能控制有限的软件。

千兆位级以太网的劣势

缺乏集成式DTCP

与MOST一样，以太网控制器缺乏集成式DTCP功能。用于实现外部DTCP功能的其它元件增加了成本，并且损害了存储器件内的数据保护。

可能的外部编解码器

虽然千兆位级以太网的带宽比MOST150的高得多，但是不断增加的带宽需求（如用于高清晰度视频）最终可能会迫使以太网使用数据压缩。由于以太网控制器缺乏集成式编解码器，所以会要求使用外部元件，因此增加了所需芯片的数量和成本。

无内在服务质量（QoS）

以太网标准不包含QoS规定。要实现与1394汽车网络同等的QoS水平，以太网需要其它软件开销、存储器缓冲器和时间戳电路。要保证实现可靠的视频和音频数据通信，这些是必须的。

分立PHY和LINK器件的成本

大多数以太网媒体访问控制器需要外部PHY芯片。虽然这些芯片不贵，但系统总成本仍然高于1394汽车网络。

高CPU要求的成本

由于以太网不具备固有多媒体功能，所以外部CPU必须提供大量辅助功能。特别是，CPU必须截取和分析来自于网络的数据包，并将它们发送给适当的器件来将数据转化成音频和视频。这种处理显著提高了通过以太网提供多媒体支持的CPU要求。

软件成本

跟以太网需要大量CPU支持来处理多媒体内容一样，网络标准需要大量软件来可靠地实现这些功能。提供许多以太网软件，但是由于需要获得使用权，所以极大地增加了许可成本。

MB88395：主要特性

富士通推出的最新1394汽车串行总线控制器–MB88395–符合IEEE标准1394b-2008的要求。芯片将PHY和LINK层整合到了单芯片解决方案中，并且具有2个用于实现1394电缆连接的端口。它还整合了DTCP协议。基于IDB-1394车载多媒体网络协议，能够实现高清（HD）（1，280点×720行）视频传输，还能同时在汽车上传输多个流，例如从Blu-RayDVD传输高清视频、数字电视、音频和汽车导航图片。而能实现这些功能，是因为此款芯片利用了高速800Mbps物理层（1）及具有富士通自主知识产权的SmartCODEC（能够高速压缩）进行高清视频传输，无显著滞后，从而不仅为后座乘客带来了丰富的高清体验，还降低了车载多媒体网络的系统成本达30%，同时还使线束（电缆）数量减少70%，进一步减轻了车身重量，提高了燃油效率。

如图6所示，器件具有MPU/DMA或用于实现主控制的串行接口。跟早期的1394控制器一样，新芯片所有功能的硬件加速允许将低MIPSMCU用作主处理器来控制器件。为同步和异步数据提供了2条内部通道。同步通道如图6下半部分所示。

图6：MB883951394汽车控制器

新型控制器的关键性能在于其物理层能够兼容1394Automotive的800Mbps规格（这是以往产品速度400Mbps的两倍），而且在于其SmartCODEC视频压缩编解码器版本具有更高的压缩速度，能把视频压缩至原先容量的1/4，而以往产品仅能压缩至1/3。SmartCODEC由富士通实验室开发，并用于基于IEEE-1394的BT.601传输（2）标准。它能在2“3ms内压缩/解压缩高分辨率视频，而且在前后座显示器观看同一内容不会产生任何时间滞后或者内容不同步问题。

产品的关键性能使其具有能够传输Blu-RayDVD、数字电视的高清视频及高分辨率导航图片，而且不会产生任何显著的时间滞后，从而成为世上首款基于1394Automotive处理多个高清视频流和导航图片的芯片。例如，Blu-RayDVD上已解压缩的高清视频流（1，280点×720行）的处理速度为885Mbps。使用SmartCODEC可以把容量压缩为原先的1/4，速度变为249Mbps，所以两路信道可以在800Mbps的带宽上传输，而不能在400Mbps产品上进行。

SmartCODEC框图见图7。该功能模块利用预测编码相邻像素相关技术来进行视频压缩。

图7：SmartCODEC框图

关于IDB1394在汽车娱乐系统中的应用

图8MB88395应用于汽车娱乐系统

结论

我们认为，1394汽车标准的带宽、灵活性、经济性和技术特性都满足现在和将来信息娱乐网络的要求。富士通MB88395控制器代表了1394为汽车行业带来的所有优势，并且还提供了大量新增功能，简化了系统集成，实现了成本最小化。

注：

（1）物理层：OSI基本参照模型所定义的7层传输功能的第一层。物理层是网络硬件的重要组成部分，可以传输位数组。

（2）基于IEEE-1394的BT.601传输：由1394贸易协会发布的传输协议，用于基于IDB-1394发送BT.601视频流（如YUV、RGB等）。

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