車(chē)上的可編程超級計算機

與高級汽車(chē)電子系統相關(guān)的總成本不斷攀升——汽車(chē)電子現在占有車(chē)輛成本的22％，預計在2010年將至少增加到40％。由于這些系統隨著(zhù)快速變化的需求而迅速發(fā)展，制造商必須努力實(shí)現體積更小、價(jià)格更低，更加靈活的創(chuàng )新方案，以便在成本和產(chǎn)品及時(shí)面市的競爭中保持優(yōu)勢。目前，標準汽車(chē)中對視頻、音頻和無(wú)線(xiàn)信號處理需要的計算能力越來(lái)越強，現場(chǎng)可編程門(mén)陣列（FPGA)能夠滿(mǎn)足這些要求較苛刻的靈活性和處理要求，同時(shí)還能夠降低系統成本。

由于可編程邏輯內在的靈活性，汽車(chē)制造商不必采用專(zhuān)用集成電路（ASIC）或者專(zhuān)用標準產(chǎn)品（ASSP）設計，便可以設計能夠跨越多平臺運轉的系統，從而降低總成本。FPGA還可以對多個(gè)到達信號進(jìn)行高度分布的并行處理，以更低的成本提供比現有數字信號處理器（DSP）更高的性能。

隨著(zhù)汽車(chē)電子系統復雜性的不斷增加，采用處理器來(lái)控制汽車(chē)中的多種功能，如制動(dòng)防抱死系統（ABS）和燃油噴射單元，以及邊沿娛樂(lè )系統等。汽車(chē)網(wǎng)絡(luò )通常分為主體和供電控制網(wǎng)絡(luò )、信息處理和多媒體子網(wǎng)。中心控制器是汽車(chē)系統的核心部分，使用戶(hù)能夠操作不同的電子系統和控制單元。為實(shí)現與這些電子控制單元的通信，中心控制器必須能夠通過(guò)網(wǎng)關(guān)控制器訪(fǎng)問(wèn)所有類(lèi)型的總線(xiàn)，網(wǎng)關(guān)控制器是車(chē)內不同電氣和光學(xué)總線(xiàn)的路由器。

信息處理/娛樂(lè )控制器

在汽車(chē)中，信息處理系統整合了帶有全球定位系統（GPS）的無(wú)線(xiàn)通信和嵌入式計算功能，以顯示當前交通狀況、行駛地圖和方向，以及速度和燃油效率數據等。此外，出現緊急情況時(shí)，該系統可提供救援服務(wù)，指示車(chē)輛的確切位置。

信息處理系統的嵌入式處理器控制系統功能包括GPS、車(chē)輪傳感和轉速接口等。這些部分的行駛信息和車(chē)輪、發(fā)動(dòng)機轉速信息等數據通過(guò)LCD圖形控制器進(jìn)行顯示。

娛樂(lè )單元提供對存儲MP3音樂(lè )文件的音頻播放器/CD-ROM的訪(fǎng)問(wèn)。GPS系統所使用的系統行駛數據也可以存放在其中。通過(guò)多種總線(xiàn)連接，接口單元支持控制器對所有汽車(chē)娛樂(lè )和駕駛信息系統的訪(fǎng)問(wèn)，如車(chē)載計算機等?？刹捎猛ㄓ么锌偩€(xiàn)（USB）、IEEE1394（FireWire）或者以太網(wǎng)（以及藍牙技術(shù)）接口將筆記本電腦或者個(gè)人數字助理（PDA）等便攜式設備連接至系統，以同步數據或者上載/下載文件。

在這些汽車(chē)應用中需要大量的功能和接口，因此要具有極大的靈活性。FPGA是信息處理系統中多種應用的理想選擇?？删幊踢壿嬍蛊?chē)設計人員能夠定制接口，以適應多種數據源。它能夠與汽車(chē)ASSP器件一起提供互補、靈活的系統。信息處理控制器的大部分功能都可以在FPGA中實(shí)現。

采用FPGA中現成的知識產(chǎn)權（IP）內核，以及PCI和控制區域網(wǎng)（CAN）控制器，可以顯著(zhù)縮短汽車(chē)應用開(kāi)發(fā)成本和面市時(shí)間。而且，可采用FPGA中專(zhuān)有嵌入式處理器實(shí)現信息處理應用中的標準微控制器功能。

信息處理/娛樂(lè )系統

信息處理系統用于控制汽車(chē)電子系統，并為駕駛員和其他乘客及時(shí)有效的顯示這些信息。信息數據包括行駛、全球GPS和地圖、娛樂(lè )系統、移動(dòng)電話(huà)以及某些地區的道路收費系統等。
 
汽車(chē)電子設計人員開(kāi)發(fā)信息處理系統時(shí)，面臨預計構建哪種系統，如何定制各部分以及今后更新等問(wèn)題的挑戰。汽車(chē)制造商也必須確保其產(chǎn)品接口能夠適應各種設備，如用戶(hù)自己安裝的換修設備等。

FPGA可以解決多種類(lèi)似挑戰，使汽車(chē)制造商及其主要供應商能夠開(kāi)發(fā)、定制靈活的信息處理系統，滿(mǎn)足客戶(hù)的特定需求。FPGA為接口總線(xiàn)提供不同規模的可升級互連，也可以用作完整的總線(xiàn)接口單元，支持不同ASSP所采用各種協(xié)議之間的通信。

汽車(chē)網(wǎng)關(guān)控制器和汽車(chē)PC

汽車(chē)網(wǎng)關(guān)控制器可用作不同電氣和光學(xué)總線(xiàn)之間的路由器，集成USB、Firewire、媒體系統傳送（MOST）總線(xiàn)，以及CAN系統互連等標準多媒體接口?？刂破鬟€可以實(shí)現與采用以太網(wǎng)和藍牙技術(shù)等計算機相關(guān)接口的前沿汽車(chē)系統的連接。




在某些應用中，汽車(chē)PC用于控制閃存和CD-ROM驅動(dòng)等媒體設備。通常需要一個(gè)小型CPU來(lái)控制網(wǎng)關(guān)的路由功能。網(wǎng)關(guān)控制器可以從汽車(chē)PC中單獨分離出來(lái)，以支持各種接口，使系統能夠與不同制造商使用的總線(xiàn)進(jìn)行通信。

專(zhuān)用FPGA是理想的總線(xiàn)橋接方案；設計人員可以使用標準低成本ASSP，結合FPGA，與不同制造商采用的特定總線(xiàn)系統進(jìn)行連接。這種優(yōu)勢提高了系統容量，降低了開(kāi)發(fā)成本。對于系統供應商，采用FPGA也意味著(zhù)其設計人員僅開(kāi)發(fā)一個(gè)系統即可順利完成開(kāi)發(fā)過(guò)程。



汽車(chē)軟件無(wú)線(xiàn)電

汽車(chē)軟件無(wú)線(xiàn)電（SDR）是指在無(wú)線(xiàn)通信中，發(fā)射器調制和接收器解調均由軟件完成。SDR接收器在天線(xiàn)之后便是模數（A/D）轉換器，在二者之間也會(huì )有一個(gè)接口單元。軟件控制的混頻和基帶處理完全數字化。這種方法主要優(yōu)勢在于靈活性；對于任何類(lèi)型的接收器配置，軟件都可以運行在一個(gè)通用硬件平臺上。設計人員可以提取出硬件所需的一組通用功能，以實(shí)現所有可能的接收器，當需要新的接收器時(shí)，還可以選擇重新配置硬件。

多個(gè)接收器配置可能需要一組不同的通道處理模塊來(lái)實(shí)現，該模塊在SDR控制器的控制下，重新裝入到FPGA中。數控振蕩器（NCO）、有限沖擊響應（FIR）、無(wú)限沖擊響應（IIR）、快速傅立葉變換（FFT），以及星座圖等各種專(zhuān)用IP內核可用于實(shí)現SDR所需的通道處理、解碼和波形模塊。

汽車(chē)涉及到多種信息處理，因此對接收各種協(xié)議的需求在不斷增加。從接收AM和FM電臺開(kāi)始，汽車(chē)還能夠接收衛星信號、電視、WiFi、3G WiMax、OFDM協(xié)議，甚至是今天還沒(méi)有想到的。因此，有必要采用一種軟件定義并能修改的靈活系統。既使在系統投入使用后，FPGA內在的靈活性使其仍舊可以進(jìn)行修改，因而成為系統設計的關(guān)鍵鏈接。

結論

在發(fā)動(dòng)機倉、乘客車(chē)廂內以及外部診斷系統中，FPGA為成功的汽車(chē)電子系統設計提供了靈活的低風(fēng)險途徑——降低了制造的復雜性，實(shí)現了最佳成本效益。

FPGA現在主要用在電源供電、汽車(chē)PC、信息處理、汽車(chē)無(wú)線(xiàn)電、主體控制以及其他汽車(chē)應用上。FPGA和最佳IP內核、硬件和軟件微處理器、強大的設計軟件以及各種開(kāi)發(fā)套件相結合，構成專(zhuān)用解決方案，實(shí)現完整的、易于使用的汽車(chē)電子設計平臺。

在一個(gè)集成FPGA包裝中，汽車(chē)設計人員可以得到在競爭激勵的市場(chǎng)中獲勝所需的全部幫助，如通過(guò)避免較大的流片投入（NRE）和時(shí)間花費以降低成本，以及降低ASIC所需的訂購成本等。既使在標準制定過(guò)程中，他們也可以繼續開(kāi)發(fā)系統，而不必等到ASSP試制成功。其他優(yōu)勢包括設計過(guò)程的重新編程能力，如車(chē)輛中，各種系統重復使用同一個(gè)硬件平臺進(jìn)行設計，減少芯片的重復使用來(lái)進(jìn)行風(fēng)險和成本管理，以及對信息處理領(lǐng)域標準和協(xié)議不斷變化的自適應性等。FPGA的靈活、適應性、內在的性能和成本優(yōu)勢使汽車(chē)工業(yè)煥然一新。明天的汽車(chē)將再也不會(huì )是以前的老爺車(chē)了。