GMSL 技术的应用已超越汽车领域

视觉应用需要大量数据流来确保高品质视频。全 HD 图像由 1080 行 x 1920 列组成，总像素超过 200 万。以每秒 60 帧的速度传输时，原始数据传输速率很快就能达到每秒千兆比特范围内。这正是设计人员能够充分发挥千兆位多媒体串行链路 (GMSL) 技术优势的切入点。

GMSL 技术最初由 Maxim 公司开发，现属于 Analog Devices 旗下产品组合。这是一种领先的高速视频和数据链路技术，且仍在不断发展。这种技术专为汽车高速视频和数据传输应用而设计，现已发展到第三代（GMSL1、GMSL2 和 GMSL3），全球 IC 发货量超过 9 亿颗。在对高速、低延迟视频和传感器数据传输要求极高的一系列非汽车应用中，这种技术的应用正在激增：

• GMSL 用于连接机器人和检测系统中的机器视觉摄像头，在存在 EMI 和长距离布线的传统工厂车间内仍能实现可靠的性能，而这些正是传统接口难以应对的局面。
• 在医疗设备中，GMSL 技术可实现手术和诊断摄像头的实时视频传输，在必须尽量减少布线和延迟的紧凑型系统中尤其如此。
• 航空航天和国防设计人员使用 GMSL 技术，在飞机、无人机和监控系统中传输任务关键型成像和传感器数据，充分发挥该技术器件的坚固耐用性和诊断功能的优势。
• 铁路和公共交通系统使用 GMSL 在车辆和控制单元之间传输视频和乘客信息。

GMSL 技术集带宽、自愈性和简便性于一身。在上述领域中，这种技术有助于设计人员满足摄像头和数据驱动型系统的需求。GMSL 技术虽常被视作高端解决方案，却也可应用于要求高可靠性高速视频或传感器链路的小批量专业定制研发。

核心能力

GMSL 技术是一种高速串行器/解串器 (SerDes) 技术，专为通过单根电缆传输视频、音频、控制信号及电源而设计，这类电缆通常为同轴电缆或屏蔽式双绞线 (STP)。GMSL 技术支持非对称全双工通信，提供一个用于高带宽视频传输的正向信道和一个用于低频控制信号的反向信道。

该技术的最新版支持最长 15 米的传输距离和超过 6 Gbps 的传输速度。这些特性使 GMSL 技术能够支持高分辨率视频，包括 800 万像素传感器和 4K+ 显示屏。

从汽车辅助驾驶系统到工业机器视觉，许多现代应用都依赖于实时高分辨率视频。一帧 HD 画面有 200 万像素，因此一个像素的红、绿、蓝通道各存储 8 位，总共 24 位，每帧的未压缩数据加起来将近 50 Mb。

每秒 60 帧的单个未压缩 1080p 视频流可能需要超过 3 Gbps 的带宽，这还不算色彩深度、同步或纠错的开销。GMSL 技术能够通过单根同轴电缆或 STP 电缆以每秒数千兆比特的速度传输数据，使设计人员能够提供清晰的低延迟视频，从而避免了压缩方案造成的复杂性和延迟。

在时间敏感型应用中，时延是关键考量指标。无论是辅助检测危险的汽车前摄像头，还是调整抓取器的装配线上的机器人，视频传输过程中的轻微延迟都会降低性能或安全性。

GMSL 技术的高速链路支持近乎瞬时的视频和传感器数据传输，非常适用于那些依赖实时反馈和实时决策的系统。对于诸如装配线危险检测等需要考虑延迟的应用来说，这是一项至关重要的性能。

GMSL 技术的另一重要特性是支持通过同一根电缆传输数据和电源，这一点尤其适合那些空间或成本受限的设计。这种功能被称为“同轴供电 (PoC)”，实现了用单根同轴电缆为摄像头、显示器或传感器等远程设备传输视频、控制信号和电源。这样就不需要单独的电源线，从而降低了布线复杂性、重量和成本。

PoC 功能从第一代 GMSL 技术开始就是其核心功能之一，在涉及长距离布线或柔性布线的汽车、工业和嵌入式应用中的优势尤为突出。在 GMSL 技术的每次升级过程中，PoC 也在不断发展，不仅能够支持更高的功率水平、更高的效率和更好的 EMI 性能，还具有了更强的诊断和保护功能，以满足更复杂的多设备系统设计要求。

各代 GMSL 技术

第一代 GMSL 技术最初于 2008 年发布，利用低压差分信令 (LVDS) 标准提供高达 3.125 Gbps 的并行数据下行链路速率。该标准尤其适用于传输来自多个摄像系统和其他高级驾驶辅助系统 (ADAS) 应用的数据，同时适配了车载高清平板显示器越来越普及的行业趋势。对于从事成本敏感或带宽适中应用的产品设计人员来说，GMSL1 器件仍是一种可行的、可广泛使用的技术，且可通过兼容 GMSL2 技术的接收器获得全面的技术支持。

• MAX96705 是一款集成 PoC 的紧凑型高性价比 GSML1 串行器，支持高达 1.5 Gbps 的数据传输速率，适用于入门级汽车视觉系统、工业检测相机以及其他对 GMSL2 或 GMSL3 带宽要求不高的视觉应用。

GMSL2 技术采用专有高速串行协议，仅凭单个差分线对即可实现嵌入式时钟、增强 EMI 性能和更高的数据传输速率。最值得注意的是，这一代技术将可用带宽提高了一倍，达到 6 Gbps，从而能够支持更高分辨率的视频流、更高的帧速率，甚至适合多路摄像头的聚合应用。该技术不需要独立时钟线，因此降低了布线复杂性，提高了长距离信号的完整性。GMSL2 技术兼容 GMSL1 技术，延续了该技术的向后兼容性，可轻松过渡到功能更强的设计，而无需对平台进行全面改造。

• MAX96716A 是一款双输入解串器，支持 GMSL1 和 GMSL2 链路，每通道数据速率高达 6 Gbps，并可向 SoC 和视觉处理器的通用接口 MIPI CSI-2 提供输出。该器件内置 I²C 桥接功能、PoC 支持和前向纠错 (FEC) 功能，是一种灵活可靠的解决方案，适用于多摄像头搭建或新旧串行器桥接，而无需重新设计主机接口。

GMSL2 技术符合汽车和工业应用严格的电磁兼容性 (EMC) 要求，而传统 LVDS 通常达不到这些要求。GMSL2 技术还增加了对非压缩和压缩视频的支持，使设计人员可根据系统限制条件，更加灵活地进行设计。与 GMSL1 技术不同，该技术使用嵌入式时钟，可减少 EMI 并简化电缆设计。

GMSL2 技术的其他改进包括更强的控制数据处理能力，更低的 I²C、SPI、GPIO 和音频传输延迟，以及内置诊断和错误检测功能，以提高系统稳健性。

GMSL3 技术进一步推动了视觉应用的发展，支持聚合功能，支持通过单根电缆传输多个高分辨率视频流、双向控制信号（如 I²C、GPIO 和 SPI）和音频信号。在空间有限的设计中，这一特性不仅能简化布线，还能减轻重量和复杂性。

在许多现代应用中，多个视频源（如摄像头）和外围设备（如传感器或显示器）必须同时与中央处理器通信。

GMSL3 技术支持每个串行通道 高达 6 Gbps 的数据传输速率，使用多通道配置进一步提高吞吐量。

• MAX96793GTJ/VY+ 是一款结构紧凑的 GMSL3 串行器，最多可输入四路 MIPI CSI-2 视频并输出单个 12 Gbps GMSL3 链路，内置向后兼容 GMSL2 技术的功能（图 1）。

图 1：MAX96793 GMSL3 串行器内置向后兼容 GMSL2 技术的功能，为设计人员提供了一个用于高分辨率、多摄像头系统或从 GMSL2 技术升级的高效解决方案。(图片来源：Analog Devices, Inc.）

• ADI 的 MAX96792A 是一款高性能双通道 GMSL3/GMSL2 解串器，可汇聚两个串行通道，提供总计 12 Gbps 的串行视频、控制和音频数据（图 2）。该器件通过双 MIPI CSI-2 接口实现多摄像头或高分辨率视频捕捉，并未为高级辅助驾驶系统、自动驾驶汽车、高级机器视觉和其他高带宽应用提供技术支撑。支持 GMSL3 和 GMSL2 技术，从而简化跨产品线升级。(在 GMSL2 模式下运行时，可与 MAX96717RGTJ/V+ GMSL2 串行器配对使用）。

图 2：MAX96792A 双通道 GMSL3/GMSL2 解串器为高级视觉应用提供技术支撑。(图片来源：Analog Devices, Inc.）

设计人员可以借助评估板和开发套件来探索 GMSL3 的功能，并使用实际硬件进行原型设计。

• MAX96793-ACK-EVK#（图 3）与 MAX96793 串行器 IC 配合使用时可将 MIPI CSI-2 输入信号转换为最高 12 Gbps 的 GMSL3 输出信号并通过同轴电缆或 STP 传输，使得设计人员可快速开发、测试高速 GMSL3 和 GMSL2 视频链路原型。

图 3：MAX96793-ACK-EVK# 使得通过 MAX96793 串行器开发 GMSL3 应用原型成为可能。(图片来源：Analog Devices, Inc.）

• MAX96792A 的 MAX96792A-BCK-EVK# 评估板（图 4）是一款双通道 GMSL3/GMSL2 解串器评估板，可通过 PAM-4 信令在同轴或 STP 上使用两个 6 Gbps 信道（总计 12 Gbps）演示全功能 GMSL3 的运行特性。

图 4：MAX96792A-BCK-EVK# 评估套件包括一个 GSML3 解串器，用于原型开发应用。(图片来源：Analog Devices, Inc.）

广泛采用和强大的生态系统

ADI 的 GMSL 技术已在汽车、工业、医疗和航空航天领域得到广泛应用。这种技术兼具高速视频传输、供电、EMI 自恢复性和系统级集成等特性，使其成为高性能视觉系统的事实标准，而开放式协议却无法满足这些要求。

为了在苛刻的环境中部署实时视频和传感器链路，ADI 提供了成熟的可扩展平台，以串行器、解串器、摄像头模块及开发工具构成的完善生态系统作为坚实支撑。

向后兼容是各代 GMSL 技术的主要特点。GMSL2 技术在许多配置上与 GMSL1 技术向后兼容，使得一些为 GMSL2 技术设计的串行器和解串器在与 GMSL1 设备配对时可以 GMSL1 模式运行。这样，设计人员就能在利用现有硬件的同时扩展其设计。

尽管 GMSL3 技术使用的信令协议和更高速的架构与前两代技术有本质区别，但 ADI 还是提供了可在 GMSL2 和 GMSL3 双模式下运行的器件。这样，设计人员就能够灵活选择：逐步实现系统升级，还是提供多平台产品系列，例如基于 GMSL3 的高端机型和基于 GMSL2 的低端机型。

结语

GMSL 技术简化了设计复杂性，减少了布线，能满足嵌入式系统和边缘系统对高带宽、低延迟数据日益增长的需求。GMSL 技术具有先进的信号调节和纠错功能，可确保应用即使在恶劣条件下和 15 m 或更远的位置也能维持快速且高度完整的链路，而 USB、HDMI 或 MIPI CSi 等其他接口在此距离下通常会出现信号衰减，在车辆或工厂的嘈杂环境中这种现象尤为严重。各代 GMSL 技术的向后兼容性可确保将较新的器件无缝集成到现有系统中，从而无需从头设计即可实现逐步升级，并有助于平衡各产品线的成本、性能和供应链灵活性。