市場對高速數據傳輸的需求正迅速增長。隨著智能設備、數據中心系統和軟件的發展，企業需要數據在其技術基礎設施中快速傳輸的同時保持適應性、可擴展性和安全性。實時數據傳輸給系統帶來了更大的壓力，對基礎設施提出了更高的要求。

無論是提升手機視頻質量、幫助無人駕駛汽車避免碰撞，還是激活智能家居安全設備和監控工業生產質量，高效數據傳輸的需求都至關重要。在本文中，我們將探討常見的嵌入式視覺用例中高速數據傳輸所必需的硬件、軟件和接口協議要求。

高速數據傳輸的關鍵協議和組件

用于高速數據傳輸的通用基礎設施組件和協議可分為短距離和長距離媒體傳輸協議：

短距離媒體傳輸協議

• 移動產業處理器接口（MIPI）： MIPI是一種標準化接口，用于將外設和傳感器連接到設備的嵌入式處理器，在移動和嵌入式視覺應用中十分常見。它還支持各種傳感器、處理器和顯示器之間的高速數據傳輸。

• 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，用于在高速、高分辨率視頻和顯示應用中通過單線傳輸實時數據、控制和電源信號。

• 顯示串行接口（DSI）：DSI是一種高速串行接口，可在主機處理器和顯示器之間傳輸數據。DSI負責將處理過的視頻或圖像數據傳輸到屏幕上，是許多現代嵌入式視覺應用的重要組成部分。

• PCIe?：PCIe是一種高性能、可擴展、定義明確的接口標準，用于將系統的處理單元與攝像頭、傳感器等外圍設備連接起來。

長距離媒體傳輸協議

• 以太網電纜：以太網是一種有線連接，常用于局域網（GigE Vision、以太網AVB/TSN、IPMX、Dante和NDI）或廣域網（SMPTE 2022、SMPTE 2110）傳輸。

• 同軸電纜：同軸電纜是一種將射頻（RF）信號從一個點傳輸到另一個點（通常100米或更短）的電纜，常用和CoaXPress、SDI和HDBaseT協議一起使用。

這些協議和組件在支持視覺應用方面都發揮著重要作用。盡管如此，它們仍然需要互補的硬件和軟件來支持最受歡迎的功能，而FPGA因其靈活性和先進的功能受到青睞，它們可以實現這些嵌入式視覺協議的無縫集成，便于開發人員利用它們發揮強大作用。

萊迪思FPGA解決方案賦能嵌入式視覺

萊迪思提供硬件和軟件解決方案，可以將這些協議和組件集成到視覺應用中。

硬件解決方案

基于萊迪思Nexus?和萊迪思Avant? FPGA平臺的萊迪思FPGA系列產品提供嵌入式存儲、大量I/O和領先的低功耗特性。這些FPGA擁有優化的互連功能、低功耗和小封裝尺寸，能夠很好地支持高速應用。

軟件解決方案

萊迪思mVision?解決方案集合包括一系列工具，幫助嵌入式視覺系統設計人員快速開發和部署基于FPGA的應用，包括機器視覺、機器人、ADAS、視頻監控和無人機。它為設計人員提供：

• 參考設計和演示：包括傳感器橋接和聚合、顯示器連接和圖像處理等，可作為構建嵌入式視覺系統時的示例或預開發起點。

• 軟件工具：萊迪思Radiant?和Lattice Diamond?提供強大的設計功能，確保嵌入式視覺設計中FPGA的快速集成。

• IP核：如模塊化MIPI/D-PHY和USB3/GigE Vision，可作為可擴展設計的構建模塊。

在嵌入式視覺應用開發中，橋接/排隊和通道聚合是用于設置優先級和將一種媒體/格式轉換為另一種媒體/格式的關鍵功能。在如下示例中，視頻可以通過多種不同的物理介質傳輸，然后進行聚合、優先級排序或選擇性預處理，然后再打包通過網絡發送。

在下面的例子中，媒體不是通過網絡橋接傳輸到遠處，而是通過PCIe或以太網進入主機PC或SoC進行計算。

利用FPGA實現高速、低功耗數據傳輸

嵌入式視覺應用需要在不犧牲效率或數據質量的前提下獲得高算力。萊迪思FPGA系統支持關鍵組件和協議，可以幫助開發人員創建高速、低功耗的系統。

在最近舉行的萊迪思開發者大會上展示了多個基于FPGA的嵌入式視覺應用實例，包括：

利用GSML到Holoscan傳感器橋實現網絡邊緣AI ：使用萊迪思與NVIDIA?合作開發的Holoscan傳感器橋接，開發人員可以輕松地將支持GMSL的攝像頭與使用MIPI的開發套件和顯示器配對。該參考設計可以幫助硬件開發人員和系統架構師在沒有MIPI接口的系統中使用GMSL組件，同時保持嵌入式和網絡邊緣用例所需的比特率和連接性。

橋接MIPI DSI和DisplayPort ：通過使用萊迪思FPGA和IP核，開發人員可以無縫銜接移動和高清顯示器。開發人員可以使用萊迪思CertusPro?-NX，通過MIPI協議將視頻數據從DSI傳輸到DisplayPort。該解決方案可滿足各行業嵌入式視覺的靈活連接要求，包括汽車領域的應用。它有助于確保高質量的視頻輸出，同時降低對圖形處理器（GPU）等組件的處理能力要求。

除了上述應用之外，利用動態接口的、基于萊迪思FPGA的系統還有望支持不斷發展的機器人技術、通過人工智能強化的工業檢測工具、汽車視覺系統等。強大的硬件和適應性強的連接接口相結合，使開發人員得以支持要求高效控制和高速數據傳輸的嵌入式視覺系統。

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