Analogtipp GMSL: Pixel- und Tunnelmodi für bessere Systemleistung

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Gigabit Multimedia Serial Link ist eine proprietäre SERDES-Technologie von Analog Devices, die für die Hochgeschwindigkeitsübertragung von Videodaten über große Entfernungen mit einem Koaxialkabel oder zwei geschirmten Twisted-Pair-Kabeln entwickelt wurde. Ein Überblick zu den Möglichkeiten.

Ursprünglich wurde Gigabit Multimedia Serial Link (GMSL) für Automobilanwendungen entwickelt. Heute wird GMSL auch in anderen Bereichen wie Industrie, Landwirtschaft, Medizin und vielen anderen eingesetzt.

Derzeit sind drei GMSL-Generationen verfügbar: GMSL1, GMSL2 und GMSL3. Bild 1 zeigt ein Beispiel für ein GMSL-fähiges Netzwerk. Die SERDES-Schnittstellen (Serialisierer/Deserialisierer)werden zwischen einer Videoquelle und einer Videosenke platziert, wodurch viel größere Entfernungen zwischen den beiden erreicht werden können und gleichzeitig die Anzahl der erforderlichen Kabel reduziert wird.

Bildergalerie

Die Videoquellen können entweder Sensoren oder Prozessoreinheiten sein, während die Videosenke entweder Displays oder andere Prozessoren gebildet werden.

Hochgeschwindigkeitsverbindung von Videoschnittstellen: CSI-2

CSI-2 ist eine von der MIPI-Allianz (Mobile Industry Processor Interface) standardisierte Hochgeschwindigkeits-Videoschnittstelle. Sie wird in vielen Anwendungen wie Automobiltechnik, Mobilfunk, Drohnen, Robotik usw. eingesetzt. In der Regel besteht die CSI-2-Videoquelle aus Sensoren (Bildgeber, Radargeräte, LIDARs) und die Videosenke aus einer Prozessoreinheit, einem System on Chip (SoC), einem Mikrocontroller usw.

CSI-2 ist ein Protokoll, das definiert, wie die Bilddaten formatiert, empfangen und übertragen werden, und D-PHY oder C-PHY als Hardware-Layer verwendet. Dabei handelt es sich um zwei unterschiedliche physikalische Layer, die von der MIPI Alliance definiert wurden und die elektrischen Eigenschaften, die Signalintegrität und die Timing-Eigenschaften beschreiben, die für die Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung erforderlich sind.

C-PHY unterstützt Anwendungen mit höherer Bandbreite als D-PHY. Jede PHY verwendet unterschiedliche Daten- und Taktkanaltopologien, die unterschiedliche Layout-Überlegungen erfordern. Die CSI-2-Paketstruktur besteht aus drei Hauptsegmenten: Header, Payload und Footer. Mit geringfügigen Unterschieden gilt diese Struktur sowohl für C-PHY als auch für D-PHY.

Der Header enthält gesicherte Informationen über den Inhalt der Payload (nutzbare Daten). Dadurch weiß der Empfänger, auf welche Art von Daten er sich einstellen muss. Die Payload beinhaltet die wichtigsten Informationen, die übertragen werden müssen. Der Footer sichert die Nutzlastinformationen durch CRC-Prüfsummen.

SERDES-Videodatenübertragung

In einem GMSL-System werden die CSI-2-Pakete vom Serializer empfangen, in das GMSL-Paketformat codiert und über das Kabel an einen Pairing-Deserializer übertragen, der das Video entpackt und die CSI-2-Informationen an einen lokalen Prozessor sendet.

Mit der Weiterentwicklung der GMSL-CSI-2-Komponenten haben sich zwei unterschiedliche Modi für die Videodatenübertragung herausgebildet. Beide gewährleisten eine sichere und zuverlässige Übertragung der Videoinhalte über die GMSL-Verbindung. Die beiden Übertragungsmodi sind der Pixelmodus und der Tunnelmodus.

Der Pixelmodus ist die ältere Variante, die mit den ersten Produktfamilien von GMSL2 eingeführt wurde. Wie Bild 2 zeigt, werden in diesem Modus der Header und Footer des eingehenden CSI-2-Pakets entfernt und die nutzbaren Daten in das Pixelformat konvertiert, um über die GMSL-Verbindung gesendet zu werden. Die Konvertierung vom CSI-2-Format in das Pixelformat erfolgt im Serializer, während auf der anderen Seite der Verbindung, auf Deserializer-Ebene, die CSI-2-Struktur rekonstruiert und der Struktur ein neuer Header und Footer hinzugefügt werden.

Im Tunnelmodus hingegen wird die gesamte CSI-2-Datenstruktur neu paketiert, wie in Bild 3 dargestellt. Aus diesem Grund wird der Tunnelmodus manchmal auch als CSI-2-Weiterleitung bezeichnet und unterstützt keine pixelbasierte Verarbeitung. Die Verfügbarkeit eines oder beider Übertragungsmodi variiert zwischen den GMSL-Komponenten und ist in den jeweiligen Datenblättern angegeben.

Für einen erfolgreichen Betrieb der GMSL-Verbindung müssen sowohl der Serializer als auch der Deserializer unterstützt und entweder im Pixel- oder im Tunnelmodus konfiguriert sein. Bei nicht übereinstimmenden Modi zwischen Serializer und Deserializer erfolgt keine Übertragung von Videodaten. Andere von den GMSL-Komponenten unterstützte Peripherieschnittstellen oder Protokolle wie I²C, UART, GPIOs usw. sind davon nicht betroffen. (kr)

Nach Unterlagen von Analog Devices.

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