媒體導向系統傳輸 MediaLB MOST INIC SMSC Ethernet 乙太網路 乙太網 USB NIC 史恩希

迎合多媒體/資料傳輸要求 車用連接技術各展所長

2011-03-31
許多汽車製造商都將乙太網路視為下一代電子架構的軟體下載介面。此外,乙太網路也已逐漸成為車輛診斷用的首選技術。而利用通用序列匯流排(USB)技術,便能使如圖1所展示的連接性解決方案更趨完整。USB可作為消費性連接埠,並具備讓所有行動裝置連接至汽車電子架構的能力。
透過此這種方式,駕駛能輕鬆地將音樂、照片、影片或辦公室資料等內容帶到車上,以供乘客檢視或進一步處理之用。除此之外,USB技術還有一項重要特性,就是行動消費裝置可以透過USB埠進行充電。

圖1 車載資訊娛樂網路

隨著後座娛樂系統的接受度日漸提升,消費者也會選用如耳機或後座遙控等無線音訊裝置。

MOST內建智慧型網路介面控制器

媒體導向系統傳輸(MOST)是車用資訊娛樂系統的寬頻業界標準網路技術,可用來傳輸音訊、視訊資料和管理控制,並已針對品質、可靠度、強韌性及成本效益進行最佳化設計。

MOST的核心產品為網路介面控制器(Network Interface Controller, NIC)。在第二代產品中,已將網路驅動程式堆疊整合於NIC中,稱為智慧型網路介面控制器(Intelligent Network Interface Controller, INIC)。與NIC的向後相容性是設計INIC架構時的主要設計目標。當以INIC為基礎,設計MOST網路架構時,由於更高的整合度以及INIC具備更強大的即時網路管理功能,因此能以更短的開發週期達成更高程度的系統強韌性和穩定度。

以史恩希(SMSC)INIC架構為基礎的MOST網路介面控制器現已就緒,並有MOST25、MOST50和MOST150三種速度等級可供選擇,可支援光纖和網路。

順暢傳輸數位音訊串流

MOST25是具25Mbit/s頻寬的第一代MOST技術,係專門開發用來在同步且幾乎無負擔的情況下傳輸數位音訊串流。由於具備低延遲(Latency)特性,此同步傳輸機制適合用來傳輸視訊內容。MOST150為最新一代的產品,具有150Mbit/s的顯著頻寬提升及同步傳輸通道,可用來傳輸與MOST網路不同步的數據串流。

此外,MOST150可處理多種傳輸速度,例如作為視訊處理的MPEG-2數據串流。具備MOST150特性的INIC硬體可提供新的介面,例如常被調諧器模組或視訊編解碼晶片組採用的傳輸串流介面(Transport Stream Interface, TSI)。總之,這些新特性可提供以MOST為基礎的彈性且具有成本效益的視訊解決方案。

可擴充式架構提供設計彈性

為實現更佳效能和晶片面積效率,製程技術持續朝更小的幾何尺寸微縮。目前,已有許多新產品都已經從0.18微米(μm)朝90甚至65奈米(nm)架構移轉。不過,有一個須考慮的重點是,是否會導致太多的接腳或晶片承載板(Pad Cell)設計,這有可能會阻礙進一步的設計微縮並同時維持成本效益。

有鑑於此,MOST INIC具備合理且妥善安排的晶片上硬體介面之組合。若發生INIC功能組合不敷某特定應用使用的情況,便能透過史恩希的媒體近端匯流排(Media Local Bus, MediaLB),利用不同的INIC搭配(Companion)元件進一步擴展其功能。

MediaLB是為多媒體應用開發的序列印刷電路板(on-PCB)上及晶片間(Inter-chip)的通訊技術。此低成本、低腳數匯流排具同步特性,可將消費應用積體電路(IC)與MOST網路介面控制器相連,以便在MOST網路間傳輸各種高頻寬多媒體訊號。

因此,透過採用INIC架構,可設計出一個簡單的MOST元件;同時,還能運用INIC搭配元件進一步擴充其功能,以實現一個具可擴充性的系統架構。

I/O搭配元件具備DTCP功能

史恩希INIC輸入/輸出(I/O)搭配元件OS85650的主要應用(圖2)可作為INIC硬體介面的擴充之用。OS85650可支援所有MOST速度等級的INIC。此外,I/O搭配元件具備硬體數位傳輸內容保護(DTCP)協同處理器,可用來加密數據串流的數位內容。內容保護不僅是高階音訊的必要需求,同時對於在多種晶片間傳輸的視訊內容來說也是如此。

圖2 利用INIC I/O搭配元件OS85650擴充INIC I/O

不管是以加密或未加密的方式,一旦配置完成且開始執行,OS85650具強大功能的路由引擎將能從一個介面將數位串流傳送至個別指定的目的埠。

符合MOST元件電源管理規範

史恩希的MPM85000 INIC電源管理搭配元件符合MOST規範。此具成本效益的單晶片解決方案可為MOST元件提供汽車診斷、狀態監測和電源供應功能。它具有一個符合MOST電氣控制線(Electrical Control Line, ECL)規範的晶片上局部互連網路(LIN)收發器,可支援MOST的環形中斷診斷(Ring Break Diagnosis, RBD)。晶片內的多重電壓比較器不僅能管理活動與喚醒偵測,還能進行溫度監控。內部的微電源調節器可用來作為光學式MOST元件連接器的oPHY接收器。

此高整合度解決方案採4×4毫米(mm)四方平面無接腳(QFN)封裝方式供貨,符合MOST元件電源管理的進一步標準化需求,並且由於重複使用經過現場驗證和合格的系統元件,可以提升其整體強韌性。

透過乙太網路診斷下載軟體

史恩希亦有多款10/100乙太網路產品,係遵循其TrueAuto品質作業進行開發、檢驗及製造,可支援快速軟體下載或作為車用的板上診斷介面(On-Board Diagnostics, OBD)接頭。

LAN89218是一高效能的單晶片乙太網路控制器,完全符合IEEE 802.3標準,並在具有一百個接腳的薄型方形平腳封裝(TQFP)中整合一個乙太網路媒體存取控制(MAC)和實體(PHY)。與此嵌入式主機控制器相連的介面是一個簡單且與靜態隨機存取記憶體(SRAM)相似的平行介面(圖3)。

圖3 10/100乙太網路控制器LAN89218

在許多電子裝置系統中,乙太網路MAC控制器已被整合於應用程式處理器中。由於乙太網路MAC具純粹的數位特性,因此能以具成本效益的方式進行整合。但對乙太網路PHY來說卻不是如此,因為半導體技術的微縮,並不能真正符合靜電放電(ESD)和電磁干擾(EMI)的需求。在此情況下,可將10/100乙太網路PHY視為乙太網路MAC控制器的互補元件。通常,可利用媒體獨立介面(MII)或精簡媒體獨立介面(Reduced Media Independent Interface, RMII)作為MAC介面。

如果乙太網路拓撲超越單純的點對點連接,這時就需要採用切換式(Switched)架構。針對這樣的建置,業者也開發出具管理功能的高效能、多埠交換器。由於10/100乙太網路交換器具有高效能特性,並且能以多種封裝形式供貨,使其成為診斷連接器、閘道器、測試設備及法定檢驗系統等汽車應用的理想解決方案。

利用USB與行動裝置相連

USB技術在廣泛獲得消費電子產業採用後,由於已成為各種行動裝置的標準硬體介面,因此USB現今也在汽車市場占有一席之地。透過USB技術,行動裝置能輕鬆地與汽車的基礎架構相連,或是以熱插拔的方式移除。此外,USB技術的充電功能使其成為個人數位助理(PDA)、可攜式導航裝置(PND)、行動電話或MP3播放器等電池供電行動裝置的首選介面技術。

市面上已可提供USB集線(Hub)元件、USB收發器IC以及額外整合讀卡器的組合式解決方案。哪一種元件最符合應用需求,應取決於汽車電子系統的架構而定。

史恩希的TrueAuto USB集線元件USB82514具有一個USB主機控制器埠(上行埠)及最多四個下行(Downstream)埠,可將多個USB裝置與USB主機裝置相連。而且支援USB高速(480Mbit/s)、全速(12Mbit/s)和低速(1.5Mbit/s),並具有史恩希的MultiTrak、PortMap、PortSwap和PHYBoost等獨特特性,使史恩希的USB解決方案成為汽車連接性方案的理想選擇。

舉例來說,如果應用處理器已整合USB矽智財(IP),則可採用獨立式USB實體層方案如史恩希的USB83340 USB收發器,來建置完整的USB介面。在此一典型的應用中,由於此USB實體層元件具有優異的ESD強韌性,因此還可免除使用外部ESD保護元件。

史恩希的USB82640/USB82660可讓USB TrueAuto產品組合更趨完整。USB82640和USB82660為符合USB 2.0的三埠集線元件,每個均具兩個讀卡機介面。每個元件都支援安全數據(Secure Digital, SD)/多媒體記憶卡(Multimedia Card, MMC)或索尼(Sony)記憶棒(Memory Stick, MS)等現今常用的快閃記憶體格式。另一個有趣的特性是,可利用串列周邊介面(SPI)電子式可清除程式化唯讀記憶體(EEPROM)支援外部程式碼。因此,USB82640/USB82660不管是在記憶卡格式和元件特性方面,都可因應未來設計的需求。除此之外,USB82640/60非常適合用來整合於汽車前座置物箱或中央扶手以作為USB消費埠之用。

Kleer技術運用於行動裝置

另Kleer技術是一無線音訊技術,其結合高品質音訊傳輸如完整光碟(CD)品質及強韌的工業、科學與醫療(ISM)頻段共存效能,並具有專為無線耳機、後座系統或遙控等汽車可攜式音訊應用的超低功率特性。

(本文作者為史恩希歐洲策略行銷總監)

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