為汽車(chē)ADAS和信息娛樂(lè )系統實(shí)現移動(dòng)接口橋接

　　汽車(chē)市場(chǎng)和其他行業(yè)一樣，競爭孕育出創(chuàng )新。過(guò)去一百年里，遵循著(zhù)這個(gè)亙古不變的真理，“不用馬拉的車(chē)”演化成了當今世界中最實(shí)用和無(wú)處不在的工具之一。一直以來(lái)，汽車(chē)都被認為是機械設備，不過(guò)最近不斷涌現的創(chuàng )新技術(shù)將汽車(chē)變成了越來(lái)越電子化的系統。一個(gè)顯而易見(jiàn)的例子就是汽車(chē)的快速電氣化。還有一點(diǎn)也十分引人矚目，那就是信息娛樂(lè )系統的迭代更新，從當初簡(jiǎn)單的無(wú)線(xiàn)電收音機和磁帶機進(jìn)化成了性能強大的車(chē)載信息娛樂(lè )系統(Automotive Infotainment Systems, AIS)，并且隨著(zhù)高級駕駛輔助系統(Advanced Driver Assistance Systems, ADAS)的引入，增強的電子安全系統可進(jìn)一步為駕駛員提供保護。

　　在過(guò)去十年里，汽車(chē)市場(chǎng)的一部分主要創(chuàng )新源動(dòng)力并不是來(lái)自汽車(chē)市場(chǎng)本身，而是來(lái)自消費電子市場(chǎng)。智能手機的快速興起迫使汽車(chē)制造能夠很快轉向那些在短時(shí)間內就變得十分普及的全新設備。自50年代起，車(chē)載信息娛樂(lè )系統基本局限于收音機、磁帶和CD。盡管一些導航和“信息娛樂(lè )”系統由2007年發(fā)布的iPhone引入了人們的生活，不過(guò)當時(shí)它們的功能還十分有限，價(jià)格也很昂貴。

　　智能手機的入局顛覆了汽車(chē)系統的慣有形式，為汽車(chē)產(chǎn)品引入了一個(gè)新的平臺和應用產(chǎn)業(yè)體系，而汽車(chē)制造商對這些沒(méi)有掌控力。關(guān)鍵的APP，如Google Maps，能夠使用手機內置GPS實(shí)現路線(xiàn)規劃導航功能，為駕駛員提供革命性的駕駛體驗。娛樂(lè )的形式也發(fā)生了變化。不用再百無(wú)聊賴(lài)地收聽(tīng)廣播，或是重復播放CD上僅有的幾首歌，駕駛員現在可以播放自定義播放列表中數以百萬(wàn)計的歌曲。來(lái)自智能手機的挑戰加速了汽車(chē)行業(yè)已然開(kāi)始的變革，汽車(chē)娛樂(lè )系統不斷向車(chē)載信息娛樂(lè )系統這個(gè)方向發(fā)展，不僅要提供娛樂(lè )體驗，還要實(shí)現通知功能。

　　同時(shí)，汽車(chē)制造商也在開(kāi)發(fā)全新的方式來(lái)保護用戶(hù)。ADAS包括一系列解決方案，如自動(dòng)剎車(chē)、車(chē)道偵測和鷹眼平行泊車(chē)系統，使用先進(jìn)的技術(shù)和處理能力進(jìn)一步保護駕駛員的安全。

　　為了實(shí)現AIS和ADAS解決方案，汽車(chē)制造商將目光投向了移動(dòng)領(lǐng)域。智能手機使用的處理器和系統是實(shí)現這些解決方案理想選擇，因為汽車(chē)和智能手機都對器件的尺寸、功耗以及更寬的溫度范圍有著(zhù)嚴格的要求。此外，這些器件的產(chǎn)量也可以確保汽車(chē)制造商能夠基于花費不多的平臺進(jìn)行設計。

　　當然，這條發(fā)展道路上也存在著(zhù)不少挑戰。汽車(chē)和智能手機有著(zhù)極其不同的設計周期(3年以上和9-18個(gè)月)。由于這個(gè)因素，在某個(gè)智能手機處理器平臺走向生命終點(diǎn)時(shí)，圍繞著(zhù)它設計的汽車(chē)系統可能剛剛上市。視頻也是一個(gè)問(wèn)題。智能手機通常具備兩個(gè)視頻輸入以支持前置和后置攝像頭。而AIS或ADAS解決方案可能要接收和分析來(lái)自4個(gè)或更多的攝像頭以及其他傳感器的視頻。

　　在下一個(gè)十年里，汽車(chē)產(chǎn)品將擁有更多攝像頭和屏幕，先進(jìn)的汽車(chē)系統對于更高性能處理器的需求只會(huì )愈演愈烈?？紤]到種種好處，汽車(chē)制造商很可能會(huì )繼續嘗試使用現有的移動(dòng)處理器來(lái)滿(mǎn)足上述需求。這樣就為能夠提供所需靈活性的解決方案帶來(lái)了市場(chǎng)，它們可以幫助汽車(chē)制造商將移動(dòng)處理器作為應用處理器推向汽車(chē)市場(chǎng)。

　　FPGA特別適合這類(lèi)橋接應用?，F代FPGA能夠提供所需的靈活性，同時(shí)帶來(lái)高性?xún)r(jià)比、低功耗和高性能等特性。尤其是FPGA能夠幫助解決現代汽車(chē)中視頻輸入、輸出和互連不匹配的問(wèn)題，降低成本并加速產(chǎn)品上市進(jìn)程。萊迪思半導體提供的各類(lèi)汽車(chē)級FPGA和ASSP，包括符合AEC-Q100規范的精選解決方案。這些解決方案將變得愈發(fā)重要，因為現今的AIS系統已經(jīng)成為推動(dòng)未來(lái)自動(dòng)化汽車(chē)發(fā)展的ADAS系統的基石。

　　一、信息娛樂(lè )應用

　　特斯拉Model S在2012年面市，它具備大量創(chuàng )新特性，其中之一是一塊位于中控區域的17英寸信息娛樂(lè )觸摸屏。值得注意的是它沒(méi)有物理控制按鍵。除了核心駕駛組件之外，其他的所有模塊，包括HVAC、娛樂(lè )和信息系統都被塞進(jìn)了這塊巨大的觸摸屏中。

　　特斯拉的中控顯示屏因其無(wú)所不包的尺寸而引人注目，這是車(chē)廂內部顯示屏變得越來(lái)越多而形成的自然結果。視頻顯示屏第一次是作為中控區域的車(chē)載信息娛樂(lè )系統顯示屏。從那時(shí)起，它們逐漸被應用到了座位的后背上，為后排乘客提供娛樂(lè )體驗。而現在，它們更是進(jìn)一步發(fā)展為數字儀表板和抬頭顯示器。

　　顯示屏和攝像頭首次出現在汽車(chē)上時(shí)目的很單一，就是幫助駕駛員在倒車(chē)時(shí)看到后方的事物。自那時(shí)起，這兩種設備所扮演的角色越來(lái)越豐富了。在現在的汽車(chē)中，攝像頭可以用來(lái)分析汽車(chē)的周邊環(huán)境和信息并生成增強現實(shí)內容顯示在抬頭顯示器上。在某些型號的汽車(chē)中，車(chē)身兩側的后視鏡已經(jīng)消失不見(jiàn)了，取而代之的是隱藏在車(chē)身中的攝像頭，這樣可以降低風(fēng)阻并提升燃油效率。

　　隨著(zhù)連接到AIS的攝像頭和顯示屏數量激增，將移動(dòng)處理器平臺應用到這些系統的難度也越來(lái)越高。大部分智能手機擁有兩個(gè)攝像頭，一個(gè)主要的后置攝像頭以及一個(gè)用于視頻通話(huà)的前置攝像頭。不過(guò)將移動(dòng)處理器應用到汽車(chē)領(lǐng)域時(shí)，由于多個(gè)攝像頭的存在，僅有的兩個(gè)輸入是不夠的。

　　第二個(gè)挑戰是如何處理視頻接口。手機處理器通常只具備一個(gè)用于顯示的DSI輸出，但是大部分汽車(chē)顯示屏使用LVDS接口，而很多移動(dòng)處理器并不支持。

　　萊迪思信息娛樂(lè )解決方案

　　FPGA能夠幫助汽車(chē)信息娛樂(lè )系統解決上述挑戰，支持為自定義分辨率預處理視頻信號、橋接遍布車(chē)輛的各類(lèi)接口、作為串行器/解串器(SERDES)工作，實(shí)現通過(guò)一個(gè)視頻輸出驅動(dòng)多個(gè)顯示屏。

　　CrossLink

　　CrossLink是全球首款可編程ASSP，這款強大的解決方案能夠實(shí)現多個(gè)攝像頭或傳感器輸入聚合為一個(gè)到應用處理器的高速輸入。它支持MIPI、CSI-2、subLVDS、LVDS、HiPSI、LVCMOS和輸出接口。它還能用作解串器，使得來(lái)自單個(gè)輸出源的視頻分別傳輸至多個(gè)屏幕。pASSP和PLD的結合能夠實(shí)現最大化的靈活性/集成。

　　ECP5 FPGA

　　ECP5 FPGA是混合型的接口橋接解決方案，能夠實(shí)現移動(dòng)應用處理器的DSI或FPD-Link輸出與大多數汽車(chē)顯示屏上LVDS或嵌入式 DisplayPort(eDP)接口間的視頻橋接。

　　ECP5可用于各類(lèi)信息娛樂(lè )使用情景，包括將一個(gè)視頻輸出拆分傳輸到兩個(gè)后排顯示屏，以及針對特定的視頻分辨率對視頻進(jìn)行剪裁和格式編排。

　　MHL/HDMI

　　在視頻輸入端，萊迪思半導體提供多款適用于汽車(chē)市場(chǎng)的ASSP解決方案，幫助手機通過(guò)MHL或HDMI連接到汽車(chē)，實(shí)現內容分享。

　　二、高級駕駛輔助系統(ADAS)

　　ADAS涉及到各種各樣的全新技術(shù)，為駕駛員提供支持。這些系統運用大量的傳感器來(lái)告知駕駛員前方的危險，在某些情況中自動(dòng)對不斷變化的路況做出反應。

　　盡管大眾市場(chǎng)上的相關(guān)系統還是往輔助的方向發(fā)展，但是包括特斯拉和谷歌在內的很多公司正在測試半自主和全自主的系統，在不遠的將來(lái)能夠在最小化駕駛員參與度的情況下安全地將乘客從出發(fā)點(diǎn)送至目標點(diǎn)。

　　ADAS依靠那些獲取汽車(chē)周?chē)鷶祿膫鞲衅?。包括攝像頭、雷達、LIDAR等。雖然在一些比較舊的汽車(chē)中，攝像頭主要用來(lái)幫助倒車(chē)，而在A(yíng)DAS系統中，來(lái)自數組攝像頭的視頻能夠無(wú)縫轉換為汽車(chē)及周邊環(huán)境的鷹眼圖像。攝像頭還可以同雷達傳感器一同使用，實(shí)現泊車(chē)輔助和自動(dòng)剎車(chē)或將駕駛數據記錄到“黑匣子”使得保險人員能夠在事故發(fā)生后進(jìn)行調查。

　　這些系統中的很大部分都需要大量攝像頭來(lái)工作，獲取來(lái)自多個(gè)攝像頭和其他傳感器的數據并將其無(wú)縫合并，便于系統正確分析周邊環(huán)境。

　　為了更加精確地分析車(chē)輛的周邊環(huán)境，ADAS攝像頭需要具備更高的分辨率、幀率和色深。這使得系統能夠分析更多數據，不過(guò)隨之而來(lái)的是明顯更高的帶寬需求。盡管基礎的后視攝像頭還在使用低分辨率的模擬連接，但是ADAS攝像頭則需要高速數字接口，如CSI-2。

　　在信息娛樂(lè )應用領(lǐng)域，移動(dòng)處理器有限的I/O數量意味著(zhù)如果要滿(mǎn)足汽車(chē)應用的需求，橋接解決方案是必需的。在FPGA解決方案的幫助下，多個(gè)攝像頭和傳感器數據能夠實(shí)現聚合，支持處理器上的單個(gè)攝像頭輸入。性能更高的FPGA還能幫助預處理數據，甚至是控制傳感器。

　　萊迪思ADAS解決方案

　　CrossLink

　　在信息娛樂(lè )應用領(lǐng)域，CrossLink可提供低功耗、低成本、傳感器和攝像頭接口橋接。它能夠聚合來(lái)自多個(gè)圖像傳感器的數據，通過(guò)單個(gè)CSI-2接口將數據傳輸到應用處理器。并且CrossLink小巧的尺寸還便于將其安裝在傳感器附近，這為工業(yè)設計提供了靈活性。

　　未來(lái)，CrossLink還可用于A(yíng)DAS應用中即將實(shí)現的雷達系統。CSI-2也是類(lèi)似功能的接口選擇。雷達用于多項技術(shù)，與圖像處理技術(shù)一道，增強ADAS的功能。再一次，CrossLink能夠大顯身手，將CSI-2轉換為應用處理器能夠接受的輸入。

　　ECP5

　　除了支持數據橋接和聚合之外，性能更高的、功能更多的ECP5器件還能作為智能中心使用，控制和聚合多個(gè)不同類(lèi)型的傳感器。

　　ECP5還可用于在發(fā)送圖像數據到應用處理器之前進(jìn)行圖像信號預處理，降低應用處理器在進(jìn)行上述功能時(shí)的資源占用，提升汽車(chē)系統的整體性能。

　　總結

　　FPGA的靈活性在很多行業(yè)都被證明是極為有用的。在汽車(chē)應用領(lǐng)域，FPGA能夠幫助制造商彌補移動(dòng)處理器的不足，滿(mǎn)足對于高級娛樂(lè )和安全系統的需求。這種商業(yè)模式具備明顯的優(yōu)勢：使得汽車(chē)制造商能夠使用來(lái)自智能手機并經(jīng)過(guò)大眾市場(chǎng)驗證的產(chǎn)品，快速滿(mǎn)足汽車(chē)市場(chǎng)尚不斷變化的需求。雖然FPGA迄今為止還未在汽車(chē)領(lǐng)域的其他方面大展身手。但其已經(jīng)在其它行業(yè)中的馬達控制等領(lǐng)域嶄露頭角，相信在汽車(chē)領(lǐng)域會(huì )如此。

　　毫無(wú)疑問(wèn)的是，隨著(zhù)汽車(chē)電子產(chǎn)品不斷發(fā)展，特別是ADAS以及其它推動(dòng)未來(lái)無(wú)人駕駛發(fā)展的技術(shù)，越來(lái)越多的傳感器將被集成到這些系統中，而在使用攝像頭、傳感器、視頻以及更高速的互連以滿(mǎn)足不斷變化的需求之時(shí)，對于FPGA所提供的靈活性的需求只會(huì )增長(cháng)。