市场对高速数据传输的需求正迅速增长。随着智能设备、数据中心系统和软件的发展，企业需要数据在其技术基础设施中快速传输的同时保持适应性、可扩展性和安全性。实时数据传输给系统带来了更大的压力，对基础设施提出了更高的要求。
无论是提升手机视频质量、帮助无人驾驶汽车避免碰撞，还是激活智能家居安全设备和监控工业生产质量，高效数据传输的需求都至关重要。在本文中，我们将探讨常见的嵌入式视觉用例中高速数据传输所必需的硬件、软件和接口协议要求。
高速数据传输的关键协议和组件
用于高速数据传输的通用基础设施组件和协议可分为短距离和长距离媒体传输协议：
短距离媒体传输协议
移动行业处理器接口（MIPI）：MIPI是一种标准化接口，用于将外设和传感器连接到设备的嵌入式处理器，在移动和嵌入式视觉应用中十分常见。它还支持各种传感器、处理器和显示器之间的高速数据传输。
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，用于在高速、高分辨率视频和显示应用中通过单线传输实时数据、控制和电源信号。
显示串行接口（DSI）：DSI是一种高速串行接口，可在主机处理器和显示器之间传输数据。DSI负责将处理过的视频或图像数据传输到屏幕上，是许多现代嵌入式视觉应用的重要组成部分。
PCIe：PCIe是一种高性能、可扩展、定义明确的接口标准，用于将系统的处理单元与摄像头、传感器等外围设备连接起来。
长距离媒体传输协议
以太网电缆：以太网是一种有线连接，常用于局域网（GigE Vision、以太网AVB/TSN、IPMX、Dante和NDI）或广域网（SMPTE 2022、SMPTE 2110）传输。
同轴电缆：同轴电缆是一种将射频（RF）信号从一个点传输到另一个点（通常100米或更短）的电缆，常用和CoaXPress、SDI和HDBaseT协议一起使用。
这些协议和组件在支持视觉应用方面都发挥着重要作用。尽管如此，它们仍然需要互补的硬件和软件来支持的功能，而FPGA因其灵活性和先进的功能受到青睐，它们可以实现这些嵌入式视觉协议的无缝集成，便于开发人员利用它们发挥强大作用。
莱迪思FPGA解决方案赋能嵌入式视觉
莱迪思提供硬件和软件解决方案，可以将这些协议和组件集成到视觉应用中。
硬件解决方案
基于莱迪思Nexus和莱迪思Avant FPGA平台的莱迪思FPGA系列产品提供嵌入式存储、大量I/O和领先的低功耗特性。这些FPGA拥有优化的互连功能、低功耗和小封装尺寸，能够很好地支持高速应用。
软件解决方案
莱迪思mVision解决方案集合包括一系列工具，帮助嵌入式视觉系统设计人员快速开发和部署基于FPGA的应用，包括机器视觉、机器人、ADAS、视频监控和无人机。它为设计人员提供：
参考设计和演示：包括传感器桥接和聚合、显示器连接和图像处理等，可作为构建嵌入式视觉系统时的示例或预开发起点。
软件工具：莱迪思Radiant和Lattice Diamond提供强大的设计功能，确保嵌入式视觉设计中FPGA的快速集成。
IP核：如模块化MIPI/D-PHY和USB3/GigE Vision，可作为可扩展设计的构建模块。
在嵌入式视觉应用开发中，桥接/排队和通道聚合是用于设置优先级和将一种媒体/格式转换为另一种媒体/格式的关键功能。在如下示例中，视频可以通过多种不同的物理介质传输，然后进行聚合、优先级排序或选择性预处理，然后再打包通过网络发送。
在下面的例子中，媒体不是通过网络桥接传输到远处，而是通过PCIe或以太网进入主机PC或SoC进行计算。
利用FPGA实现高速、低功耗数据传输
嵌入式视觉应用需要在不牺牲效率或数据质量的前提下获得高算力。莱迪思FPGA系统支持关键组件和协议，可以帮助开发人员创建高速、低功耗的系统。
在近举行的莱迪思开发者大会上展示了多个基于FPGA的嵌入式视觉应用实例，包括：
利用GSML到Holoscan传感器桥实现网络边缘AI：使用莱迪思与NVIDIA?合作开发的Holoscan传感器桥接，开发人员可以轻松地将支持GMSL的摄像头与使用MIPI的开发套件和显示器配对。该参考设计可以帮助硬件开发人员和系统架构师在没有MIPI接口的系统中使用GMSL组件，同时保持嵌入式和网络边缘用例所需的比特率和连接性。
桥接MIPI DSI和DisplayPort：通过使用莱迪思FPGA和IP核，开发人员可以无缝衔接移动和高清显示器。开发人员可以使用莱迪思CertusPro-NX，通过MIPI协议将视频数据从DSI传输到DisplayPort。该解决方案可满足各行业嵌入式视觉的灵活连接要求，包括汽车领域的应用。它有助于确保高质量的视频输出，同时降低对图形处理器（GPU）等组件的处理能力要求。
除了上述应用之外，利用动态接口的、基于莱迪思FPGA的系统还有望支持不断发展的机器人技术、通过人工智能强化的工业检测工具、汽车视觉系统等。强大的硬件和适应性强的连接接口相结合，使开发人员得以支持要求高效控制和高速数据传输的嵌入式视觉系统。
