芝能智芯出品

随着边缘计算、AIoT、ADAS、机器人和工业视觉等应用场景的爆发，嵌入式视觉系统对“高速数据传输”的要求日益严苛。

系统设计者不仅要面对传感器数据量激增带来的挑战，还要在高带宽、低延迟、低功耗和多协议兼容之间寻找平衡。

本文从高速数据传输技术的核心协议与组件展开分析，如何在FPGA的应用，通过桥接、聚合和协议适配等手段，为嵌入式视觉应用提供灵活、高效、低功耗的连接解决方案。

Part 1

嵌入式视觉的“带宽瓶颈”：

从协议复杂性看技术演进

在构建一个可靠、高效的嵌入式视觉系统时，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，是影响系统实时性和可靠性的关键因素。

特别是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，传统通信接口往往因带宽不足、兼容性差而面临挑战。

从技术层面来看，嵌入式视觉场景的数据传输协议大致分为短距离和长距离两类：

● 短距离协议：高带宽、高密度集成

◎ MIPI CSI/DSI：在移动和IoT设备中广泛使用，提供高吞吐、低功耗、低引脚数的图像传输通道，但其点对点结构不利于多通道桥接与扩展。◎ GMSL（Gigabit Multimedia Serial Link）：高度集成的SERDES方案，单线可传输视频、控制和电源，适合汽车、无人机等多摄像头同步应用。◎ PCIe：为传感器和处理器之间提供高速互连，具备出色的可扩展性，但功耗较高且需要较复杂的协议处理。

● 长距离协议：网络化传输趋势明显

◎ 以太网（GigE Vision/AVB/TSN等）正迅速成为工业视觉领域的主流协议，具备长距离、低延迟和时间同步特性，利于构建分布式感知架构。◎ 同轴电缆（CoaXPress、SDI等）尽管仍应用于广播和部分工业场景，但逐渐被以太网替代。

挑战在于：这些协议互不兼容，开发者面临接口繁多、协议切换复杂、功耗约束严格等现实问题。传统固定功能芯片难以应对不断变化的连接需求，具备高I/O灵活性和可编程逻辑的FPGA成为关键选项。

Part 2

基于FPGA的解决方案：

从桥接到聚合的高速连接架构

在应对复杂的视觉数据传输需求时，低功耗、小尺寸、高I/O带宽和丰富IP资源的FPGA平台，成为嵌入式视觉系统灵活扩展和定制的关键。

基于Nexus和Avant架构的CertusPro-NX等FPGA产品，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，还可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，尤其适合边缘AI设备和空间受限的工业场景。

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，助力ADAS、工业视觉和机器人导航系统快速开发与部署。

小结

嵌入式视觉系统正在由单点式、刚性结构逐渐转向模块化、分布式、协议异构的新架构。在这一转变中，“如何在保证性能的前提下，实现多协议的灵活互联和低功耗运行”成为关键命题。

FPGA以协议适配能力、低功耗设计和高集成度，正在成为嵌入式视觉系统不可或缺的核心组件。FPGA将不仅是一个“桥接器”，更是构建智能视觉系统中数据协同和计算协同的“调度器”。而高速数据传输的每一次优化与演进，都是对未来智能系统效率边界的一次重塑。

       原文标题 : 嵌入式视觉系统所需的高速数据传输