使用FPGA實(shí)現低成本汽車(chē)多總線(xiàn)橋接

作者：時(shí)間：2012-11-12 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )

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引言

汽車(chē)中的電子系統持續快速增長(cháng)，因此對比一下汽車(chē)電子發(fā)展和消費類(lèi)電子便攜式產(chǎn)品的發(fā)展將會(huì )大有啟發(fā)。如今的消費者希望在汽車(chē)中獲得手持便攜式電子設備所提供的方便與舒適性。汽車(chē)電子將不再局限于引擎管理系統或車(chē)身控制，而是擴展至新的領(lǐng)域，諸如信息娛樂(lè )、通信以及司機/乘客輔助系統等。

一個(gè)嚴峻的挑戰是必須保證汽車(chē)壽命與車(chē)內電子設備壽命相匹配，這樣才能避免由于技術(shù)過(guò)時(shí)和設備淘汰而增加額外的成本。從8軌唱片播放機到音頻磁帶播放機、CD播放機到MP3播放機，如此迅速的發(fā)展提醒汽車(chē)設計工程師，車(chē)內電子設備的生命周期相對較短。汽車(chē)標準的產(chǎn)生和變化進(jìn)一步導致選擇標準時(shí)必須考慮到其壽命、靈活性和被接受的廣泛程度。目前使用的標準主要有LIN、CAN面向媒體的系統傳輸（MOST）以及藍牙技術(shù)。

汽車(chē)電子部件設計人員面臨的其它挑戰包括滿(mǎn)足低成本目標、擴展溫度范圍以及小型化要求。FPGA在過(guò)去的10多年里有著(zhù)長(cháng)足的發(fā)展，提供了更高的性能、更低的功耗、更寬的工作溫度范圍、更小的體積和更低的成本，因此FPGA對汽車(chē)設計工程師有著(zhù)越來(lái)越大的吸引力。

根據業(yè)界分析公司Gartner Dataquest（2003年11月）的報告，全球汽車(chē)電子應用市場(chǎng)2003年約為7320萬(wàn)美元，2004年會(huì )達到7790萬(wàn)美元，2005年將達到8530萬(wàn)美元。主要的汽車(chē)電子系統包括GPS導航系統、引擎控制單元和數字立體聲系統。

FPGA的優(yōu)點(diǎn)

由于FPGA具有可重復編程的靈活特點(diǎn)，因此可以快速實(shí)現新標準，這在現場(chǎng)部署完成后仍可進(jìn)行。而且無(wú)需對FPGA進(jìn)行物理拆卸，通過(guò)標準編程協(xié)議（如IEEE1149.1 JTAG）就可以完成。從而設計人員可以像調整引擎那樣對車(chē)內電子系統進(jìn)行升級。

當然，汽車(chē)型號是多種多樣的，從經(jīng)濟型、標準型到豪華型。因此，車(chē)內的電子設備也因車(chē)而異。而通過(guò)FPGA可重復編程和靈活性的優(yōu)點(diǎn)，汽車(chē)設計工程師可以在同樣的平臺上提供從標準到豪華的不同特性組合。而對于A(yíng)SIC，高昂的NRE和ASIC橋接的不靈活性使其從可行的解決方案中被排除出去。盡管ASIC有著(zhù)較低制造成本的優(yōu)勢。

橋接功能

微處理器或微控制器是電子系統的核心。目前已有很多方案能夠以低成本靈活地實(shí)現兩種流行的汽車(chē)總線(xiàn)協(xié)議（LIN和MOST）與微處理器或微控制器接口之間的橋接。這些應用成功的關(guān)鍵是FPGA的靈活結構和可重復編程能力，使得可容易地與多種微處理器或微控制器橋接，從而為設計人員提供了最大的靈活性。要實(shí)現新的要求，或者對現有設計進(jìn)行修改，不需要更改元器件，只要簡(jiǎn)單地對FPGA進(jìn)行重新編程就可以了。

現在已經(jīng)有了用于汽車(chē)總線(xiàn)標準的IP核，如LIN和CAN。LIN是一種低成本單線(xiàn)（12V總線(xiàn)）串行通信協(xié)議，基于通用串行通信接口（UART）數據格式和旨在滿(mǎn)足汽車(chē)中分布式電子系統使用的單主控設備/多從屬設備概念。這個(gè)低成本網(wǎng)絡(luò )系統用于連接通信要求相對較低的分布式結點(diǎn)，主要針對使用智能傳感器、調節器或照明的汽車(chē)應用。而不是取代諸如CAN等高性能網(wǎng)絡(luò )。

同步機制是LIN的一個(gè)特點(diǎn)，該機制允許采用從屬結點(diǎn)恢復時(shí)鐘而無(wú)需石英或陶瓷振蕩器。線(xiàn)路驅動(dòng)器和接收器的技術(shù)規格符合ISO9141單線(xiàn)標準，并且進(jìn)行了額外的增強。最大的傳輸速率是為20kbps。這一限制源于EMI考慮以及時(shí)鐘同步機制。

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