汽車(chē)工程師可選用FPGA和完整的IP解決方案優(yōu)化其電氣架構設計
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FPGA曾一度被認為是僅用于開(kāi)發(fā)的解決方案，但如今其價(jià)位下降非常迅速，使得許多問(wèn)題迎刃而解，甚至能以低于傳統ASIC或ASSP解決方案的總體系統成本投產(chǎn)?，F在，面向汽車(chē)市場(chǎng)的各大FPGA供應商均已通過(guò)ISO-TS16949認證，使得可編程邏輯器件逐漸成為汽車(chē)市場(chǎng)的主流技術(shù)。
車(chē)載網(wǎng)絡(luò )電氣架構
在過(guò)去十年間，很多專(zhuān)用的OEM汽車(chē)制造商的網(wǎng)絡(luò )協(xié)議已經(jīng)讓位于CAN、MOST 和 FlexRay等更為標準化的全球協(xié)議。因此，半導體供應商可以專(zhuān)心制造符合這些協(xié)議的器件，并使一級配件供應商競爭更加激烈并且紛紛降價(jià)，同時(shí)也促進(jìn)了汽車(chē)OEM制造商之間的模塊互通性。但是，今天的汽車(chē)電氣架構中仍有許多問(wèn)題困擾著(zhù)汽車(chē)OEM制造商和一級配件供應商。
工程師可以按幾種不同方式劃分和制定網(wǎng)絡(luò )策略。高端汽車(chē)最多可有七條不同網(wǎng)絡(luò )總線(xiàn)同時(shí)運行。例如，一輛汽車(chē)可以有一條LIN回路用于后視鏡、一條500Kbps的低速CAN回路用于座椅或車(chē)門(mén)控制等低端功能、一條1Mbps的高速CAN回路用于車(chē)身控制、另一條高速CAN回路用于駕駛員信息系統、一條10Mbps的FlexRay回路用來(lái)提供實(shí)時(shí)駕駛員輔助數據，以及一條25Mbps的MOST回路用于在導航或后座娛樂(lè )等多種信息娛樂(lè )系統內部或之間傳輸控制和媒體流。
另一方面，低檔汽車(chē)可以只有一條LIN或CAN回路，令所有其他模塊幾乎毫無(wú)交互操作地獨立工作。不同OEM汽車(chē)制造商會(huì )以不同方式處理模塊間通信和汽車(chē)網(wǎng)絡(luò )拓撲結構，而且每種車(chē)載平臺都不同，這使一級配件供應商難以開(kāi)發(fā)既有正確接口又可重復使用的模塊架構。容納模塊的最終架構的不確定性正是FPGA的用武之地。
ASIC、ASSP和微控制器具有固定的硬件架構，其資源往往不是缺乏就是過(guò)剩，毫無(wú)靈活性可言。FPGA的可編程性(以及可再編程性)便于增減片上通道(如CAN通道)，而且允許重復使用IP。有了這種靈活性，即可將針對網(wǎng)絡(luò )接口的數量和類(lèi)型優(yōu)化過(guò)的解決方案迅速制成模塊。
網(wǎng)絡(luò )協(xié)議的半導體實(shí)現
FPGA的長(cháng)處不僅在于接口數量與類(lèi)型方面的可縮放性。對ASSP、ASIC和微控制器來(lái)說(shuō)，其外設宏指令是用硬件實(shí)現的，因此天生就缺少靈活性。而在FPGA環(huán)境中，網(wǎng)絡(luò )接口IP本身可根據所用IP進(jìn)行優(yōu)化。
例如，利用Xilinx LogiCORE CAN或FlexRay網(wǎng)絡(luò )IP，用戶(hù)可以靈活地設置發(fā)送和接收緩沖器的數量以及濾波器的數量。在傳統硬件解決方案中，使用CAN控制器的工程師通常只有16、32和64個(gè)消息緩沖器這三種配置選擇。根據系統功能的級別和FPGA外部的可用處理能力，Xilinx的可縮放MOST網(wǎng)絡(luò )接口解決方案包括可配置成主操作或從操作的網(wǎng)絡(luò )控制器IP以及異步采樣速率轉換器(ASRC)、數據路由器或者復制保護用加密引擎等大量IP。
這種IP允許優(yōu)化，既能裝入低端解決方案中的較低密度器件，也能裝入高端解決方案的較高密度器件，并且常常在模塊的目標電路板上使用相同的封裝外形。另外，對于各主要協(xié)議，業(yè)界已開(kāi)發(fā)出可完善解決方案的中間件堆棧和驅動(dòng)器。FPGA解決方案的這種可縮放性和通用性在傳統汽車(chē)硬件解決方案中是根本不可能實(shí)現的。
各大FPGA供應商都有軟微處理器，這些軟微處理器可以在控制功能的架構中高效實(shí)現，并且其運行速度可與某些硬件中嵌入的微處理器媲美。FPGA架構的另一大優(yōu)勢是能夠通過(guò)使用乘法器或片上硬MAC中的并行DSP處理功能來(lái)卸載微處理器和分區上的處理任務(wù)，從而提高總體性能和吞吐量。
可編程邏輯器件已取得長(cháng)足進(jìn)步
可編程邏輯器件已取得長(cháng)足進(jìn)步，逐漸成為汽車(chē)市場(chǎng)的主流技術(shù)。各種可編程邏輯器件在可靠性方面難分伯仲，而FPGA技術(shù)則可以實(shí)現可縮放的靈活的集成，這在傳統的ASIC、ASSP或微控制器架構中是不可能實(shí)現的。開(kāi)發(fā)周期縮短，可編程邏輯器件供應商采用先進(jìn)的工藝技術(shù)以及可編程器件必然帶來(lái)的規模經(jīng)濟，這些均促使總體生產(chǎn)系統成本得以降低。
隨著(zhù)車(chē)載網(wǎng)絡(luò )的關(guān)鍵IP和解決方案日趨成熟以及FPGA架構的性能潛力逐漸提高，可編程邏輯器件將在攻克車(chē)載電氣架構開(kāi)發(fā)中固有的某些工程難題方面發(fā)揮重要作用。
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