高速数据传输则是嵌入式视觉迈向未来的核心驱动力

在科技飞速发展的当下，智能设备如雨后春笋般涌现，数据中心系统不断迭代升级，各类软件也日益复杂。这一系列变革使得市场对高速数据传输的需求呈现出爆发式增长。企业迫切需要数据在其技术基础设施中实现快速传输，同时还要兼顾适应性、可扩展性以及安全性。无论是提升手机视频的画质，助力无人驾驶汽车精准避障，激活智能家居安全设备，还是监控工业生产质量，高效的数据传输都发挥着举足轻重的作用。在众多领域中，嵌入式视觉系统凭借其独特优势，正逐渐成为关键技术，而高速数据传输则是嵌入式视觉迈向未来的核心驱动力。

嵌入式视觉系统的崛起与挑战

随着边缘计算、AIoT、ADAS、机器人和工业视觉等应用场景的蓬勃发展，嵌入式视觉系统迎来了前所未有的机遇，同时也面临着诸多严峻挑战。在这些应用中，系统设计者不得不面对传感器数据量呈指数级增长的现实。以自动驾驶汽车为例，车辆周围部署的多个摄像头、毫米波雷达以及 LIDAR 等传感器，每秒都会产生海量的数据。这些数据需要及时、准确地传输到计算端进行处理，以便车辆能够迅速做出决策，确保行驶安全。然而，传统的通信接口在面对如此庞大的数据量时，往往显得力不从心，暴露出带宽不足、兼容性差等问题。

在高清多通道摄像头、毫米波雷达、LIDAR 与 AI 协同感知日益普及的今天，数据从感知端(摄像头、传感器)到计算端(SoC、主机)之间的传输效率，成为了影响系统实时性和可靠性的关键因素。如果数据传输出现延迟或丢失，可能会导致自动驾驶汽车做出错误决策，引发严重后果;在工业视觉检测中，可能会造成次品漏检，影响产品质量。因此，如何在高带宽、低延迟、低功耗和多协议兼容之间找到完美平衡，成为了嵌入式视觉系统设计者亟待解决的难题。

高速数据传输的关键协议与组件

短距离媒体传输协议

移动产业处理器接口(MIPI)：MIPI 作为一种标准化接口，在移动和嵌入式视觉应用中占据着重要地位。它能够将外设和传感器便捷地连接到设备的嵌入式处理器，并且支持各种传感器、处理器和显示器之间的高速数据传输。在智能手机中，摄像头与处理器之间的数据传输就常常借助 MIPI 接口。其具有高吞吐、低功耗、低引脚数的优势，能够为图像传输提供高效通道。然而，MIPI 的点对点结构在一定程度上限制了其在多通道桥接与扩展方面的应用。

千兆位多媒体串行链路(GMSL)：GMSL 是一种高度可配置的 SERDES 互连解决方案，在高速、高分辨率视频和显示应用中表现出色。它能够通过单线传输实时数据、控制和电源信号，这一特性使其非常适合汽车、无人机等多摄像头同步应用场景。在汽车的环视系统中，多个摄像头采集的图像数据可以通过 GMSL 接口快速传输到中央处理器，实现车辆周围环境的实时监控。

PCIe®：PCIe 为传感器和处理器之间提供了高速互连通道，具备出色的可扩展性。在一些对数据传输速度要求极高的嵌入式视觉系统中，如高端工业检测设备，PCIe 接口能够满足大量数据的快速传输需求。但它也存在功耗较高且协议处理较为复杂的缺点。

长距离协议

以太网(GigE Vision/AVB/TSN 等)：以太网正迅速成为工业视觉领域的主流协议。它具有长距离传输、低延迟和时间同步等特性，有利于构建分布式感知架构。在大型工厂的生产线监控中，通过以太网可以将分布在不同位置的摄像头数据集中传输到中央控制系统，实现对整个生产过程的实时监测与管理。

同轴电缆(CoaXPress、SDI 等)：尽管同轴电缆在广播和部分工业场景中仍有应用，但随着技术的发展，其逐渐被以太网替代。以太网在数据传输速度、灵活性等方面具有更大优势，能够更好地满足现代嵌入式视觉系统的需求。

FPGA：应对复杂视觉数据传输的利器

面对上述复杂的视觉数据传输需求，传统的固定功能芯片显得捉襟见肘，难以应对不断变化的连接需求。而具备高 I/O 灵活性和可编程逻辑的 FPGA(现场可编程门阵列)则成为了解决问题的关键选项。

基于 Nexus™和 Avant™架构的 CertusPro™-NX 等 FPGA 产品，具有诸多优势。它们不仅具备高 I/O 密度、低功耗小封装和高速低延迟 SERDES 接口等特点，还能在系统中高效完成摄像头至处理器间的协议桥接和数据聚合任务。在边缘 AI 设备和空间受限的工业场景中，这些 FPGA 产品能够充分发挥其优势，为系统提供灵活、高效、低功耗的连接解决方案。

配合 mVision™软件生态，开发者可借助完整的设计工具链(如 Radiant™和 Lattice Diamond™)及丰富 IP 核库，实现对 MIPI、USB3、GigE Vision 等多种协议的模块化集成。参考设计如 GMSL 到 MIPI 桥、MIPI DSI 到 DisplayPort 桥等，大大简化了多摄像头同步、高清显示和数据路径定制等关键任务，有力地推动了 ADAS、工业视觉和机器人导航系统的快速开发与部署。

高速数据传输推动嵌入式视觉的未来发展

嵌入式视觉系统正朝着模块化、分布式、协议异构的新架构转变。在这一过程中，高速数据传输技术的不断优化与演进至关重要。它不仅能够实现多协议的灵活互联，还能保证系统在低功耗状态下高效运行。

FPGA 作为嵌入式视觉系统中的核心组件，凭借其强大的协议适配能力、低功耗设计和高集成度，正在成为构建智能视觉系统中数据协同和计算协同的 “调度器”。通过高速数据传输，不同类型的传感器数据能够快速、准确地汇聚到一起，经过 FPGA 的处理和调度，为 AI 算法提供丰富、及时的数据支持，从而实现更精准的目标识别、场景理解和决策制定。

在未来，随着 5G、人工智能等技术的不断发展，嵌入式视觉系统将面临更加复杂多样的应用场景和更高的性能要求。高速数据传输将持续发挥关键作用，不断拓展智能系统的效率边界，为自动驾驶、工业 4.0、智能家居等领域带来更多创新应用，推动整个社会向智能化、自动化方向迈进。