賽靈思與微軟汽車(chē)業(yè)務(wù)部推出的智能車(chē)載信息系統

　　Spartan-3 FPGA 因其設計靈活性和高性能而被選用。

　　根據美國交通部的一項研究，全世界人們每周在汽車(chē)上度過(guò)的交通時(shí)間超過(guò) 5 億小時(shí)。 既然花在汽車(chē)上的時(shí)間如此之多，人們希望能夠利用這些時(shí)間來(lái)享受娛樂(lè )，同心愛(ài)的人說(shuō)說(shuō)話(huà)，甚至完成一些通常需要在工作場(chǎng)所才能完成的任務(wù)。

　　在汽車(chē)中保持聯(lián)系是人們最想實(shí)現的，這只要看一看手機的使用就可以知道。 另外，路上遭遇嚴重的交通堵塞，走錯了路，或者遇到像汽油用完了之類(lèi)的常事，都可能影響您準時(shí)到達目的地。

　　如何才能讓駕駛者在安全駕駛的同時(shí)保持聯(lián)系，并按時(shí)到達目的地呢？ 巧妙的方法是通過(guò)語(yǔ)音命令結合互聯(lián)網(wǎng)連接進(jìn)行通信和控制。 Microsoft Telematics Platform（微軟車(chē)載信息處理平臺）提供了這一功能，它是一種用于集成各種移動(dòng)設備和通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)與無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )傳送信息的集線(xiàn)器。

　　微軟車(chē)載信息處理平臺提供以下功能：

　　• 高級的優(yōu)質(zhì)語(yǔ)音識別與合成技術(shù)

　　• 點(diǎn)播 Web 服務(wù)，如避免交通堵塞，訪(fǎng)問(wèn)最新頭條新聞，或通過(guò)“MSN 汽車(chē)”頻道（目前僅適用
于美國）查找距離最近價(jià)格最低的加油站

　　• 個(gè)性化導航：借助 GPS 尋找感興趣的地點(diǎn)或指引方向

　　• PDA/手機集成藍牙技術(shù)，將手機和 PDA 無(wú)線(xiàn)連接到汽車(chē)的電子系統，讓駕駛者能夠通過(guò)汽車(chē)的音響系統使用語(yǔ)音來(lái)?yè)艽蚝徒勇?tīng)電話(huà)、獲得會(huì )議提醒和訪(fǎng)問(wèn)重要數據。

　　• 通過(guò)遠程診斷檢查車(chē)輛的“健康”狀況，包括故障與維護報警，從而有可能提高

　　微軟公司的汽車(chē)業(yè)務(wù)部與賽靈思®共同創(chuàng )建了能夠以低成本點(diǎn)提供這些優(yōu)點(diǎn)的參考平臺，從而促進(jìn)了面向全世界駕駛者的更簡(jiǎn)單、更可靠且消費得起的解決方案的開(kāi)發(fā)。

　　靈活和可伸縮的平臺

　　傳統的汽車(chē)電子設計方法一直是根據汽車(chē)制造商的需要開(kāi)發(fā)很具體的、定制的和固定的解決方案。 車(chē)載信息系統與信息娛樂(lè )正迫使汽車(chē)工業(yè)對被設計到一個(gè)典型的“聯(lián)網(wǎng)汽車(chē)”中的產(chǎn)品和系統進(jìn)行重新思考。

　　消費世界與汽車(chē)的融合——如車(chē)載信息系統等應用——已將“消費開(kāi)發(fā)”思想強行灌輸給一個(gè)傳統上緩慢、保守且由成本驅動(dòng)的行業(yè)。 由消費行業(yè)帶來(lái)的新需求要求快速變化，因為消費者總是期待著(zhù)有新的大事的出現。

　　這種需求迫使人們尋求不僅能夠滿(mǎn)足當前應用而且能夠實(shí)現未來(lái)和潛在未知特性的靈活架構和設計改變方法。這與典型的汽車(chē)電子設計通常所要求的多年的開(kāi)發(fā)與驗證周期存在沖突?，F在，一個(gè)目前開(kāi)發(fā)的平臺（用于兩三年后發(fā)布的新車(chē)）擁有能夠應對在整個(gè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期內和推出后發(fā)生的未知變化的足夠系統資源是必需的。

　　對任何平臺而言，靈活性和伸縮性對架構能否成功獲得市場(chǎng)接受都至關(guān)重要，無(wú)論是基本系統還是高性能的高端車(chē)載信息系統。 鑒于此，微軟開(kāi)發(fā)了一個(gè)真正可以定制和伸縮的汽車(chē)標準車(chē)載信息處理平臺。

　　該平臺整合了一個(gè)基于 ARM 9 的微控制器，支持 32 MB閃存/32 MB DRAM 以上的內存，并包含集成 GPS 藍牙和一個(gè) GSM 電話(huà)模塊。 外部車(chē)輛連接包括一個(gè) CAN 網(wǎng)絡(luò )接口以及有保護的模擬和數字 I/O，用于實(shí)現 LED 驅動(dòng)和按鈕輸入等功能。 該平臺的基本架構如圖 1 所示。

　　微軟利用了 FPGA 技術(shù)的靈活性和高集成度能力。該 平臺使用了一個(gè) Spartan™-3 XC3S400 FPGA，用于實(shí)現多個(gè)獨立的目的，如 GSM 電話(huà)接口、車(chē)輛接口（CAN 控制器和 K-線(xiàn)路）以及復雜的音頻信號調節和路由功能（如圖 2 所示）。

　　FPGA 提供的高集成度也具有在一個(gè)器件內包含多種總線(xiàn)、接口和時(shí)鐘的優(yōu)點(diǎn)，從而使利用EMI的設計容易管理。 此外，減少組件數量和電路板空間將降低生產(chǎn)成本，實(shí)現更高的制造質(zhì)量，在任何汽車(chē)設計中這些都是重要的因素。

　　在了解了車(chē)輛開(kāi)發(fā)的實(shí)質(zhì)和目前已有的眾多不同的車(chē)輛接口，微軟有意設計了一個(gè)靈活的解決方案，可允許對后端車(chē)輛接口進(jìn)行快速修改而不影響下層架構和系統性能。 例如，在未來(lái)將有可能調節FPGA 解決方案，使之能滿(mǎn)足帶有諸如 MOST、IDB-1394 或其它數字車(chē)輛網(wǎng)絡(luò )等汽車(chē)總線(xiàn)的最終應用的需求。

　　語(yǔ)音識別系統

　　微軟車(chē)載信息處理平臺的核心是語(yǔ)音識別 (VR) 系統。 任何 VR 系統中的音頻信號路徑都是模擬偏置/濾波、數字化和數字濾波，最后才將信號送到 VR 引擎進(jìn)行語(yǔ)音處理。

　　在此路徑中，存在多個(gè)多余噪聲進(jìn)入系統（包括電氣平臺上和汽車(chē)環(huán)境內，甚至在這些電子裝置之前）的機會(huì )。 產(chǎn)品開(kāi)發(fā)者和汽車(chē)制造商都必須確保話(huà)筒位置和類(lèi)型能正確地適用于應用和環(huán)境。

　　在完美的情況下，VR 系統將接收到干凈、連續的語(yǔ)音信號——但鑒于汽車(chē)環(huán)境的動(dòng)態(tài)本質(zhì)，設計可接受的語(yǔ)音識別并不是一件容易的事。諸如車(chē)速、車(chē)窗狀態(tài)（開(kāi)/關(guān)）、道路噪聲以及天氣狀況（雨/風(fēng)）等因素將進(jìn)一步惡化本來(lái)已很難解決的VR 系統問(wèn)題，如語(yǔ)言、口音和性別等。這些附加的因素增強了在信號到達 VR 引擎之前采用高適應性數字濾波算法對其進(jìn)行預處理的重要性。

　　微軟選擇了用硬件來(lái)實(shí)現這種信號預處理功能，并采用了賽靈思的并行 DSP 處理。 Spartan-3 FPGA 具有多達 104 個(gè)嵌入式 18 位乘法器，特別適合用于在一個(gè)低成本器件中實(shí)現緊湊 DSP 結構，如 MAC 引擎、分布式算術(shù) FIR 濾波器以及全并行 FIR 濾波器。

　　微軟還將處理器密集型軟件濾波任務(wù)卸載到硬件中來(lái)實(shí)現。 當然，這種預處理也可以用 ASSP 來(lái)實(shí)現，如專(zhuān)用 DSP 芯片。 但這樣做就會(huì )失去通過(guò)該平臺其它部分的高度集成所獲得的好處。

　　車(chē)載信息系統與 VR 的結合可以實(shí)現專(zhuān)門(mén)適用于某些類(lèi)型的用戶(hù)和環(huán)境（如語(yǔ)言：英語(yǔ)；口音：蘇格蘭；性別：女）的可適應和可升級的 VR 引擎和 DSP 濾波器。

　　在設計汽車(chē)產(chǎn)品（特別是車(chē)輛的信息娛樂(lè )部分）時(shí)留有充分備用資源以適應新的和意外的未來(lái)升級的重要性同樣適用于 FPGA。 現在對汽車(chē) OEM 廠(chǎng)商來(lái)說(shuō)越來(lái)越清楚的是，采用靈活和可伸縮固件的架構在未來(lái)平臺中是必需的。

　　雖然目前的微軟平臺中沒(méi)有實(shí)現系統協(xié)處理器，但可以很容易地通過(guò)添加軟處理器來(lái)實(shí)現。 就像在微軟的設計中把 DSP 處理負荷從主處理器上卸載一樣，也可以使用嵌入式處理器（如 Xilinx 32 位 MicroBlaze™ 軟處理器或 8 位 PicoBlaze™ 微控制器）從主系統處理器上卸載一些處理負荷。

　　用于汽車(chē)應用的FPGA

　　近年來(lái)車(chē)載電子設備出現了巨大的增長(cháng)，不僅傳統的車(chē)身控制和發(fā)動(dòng)機管理方面，還包括駕駛員輔助系統和車(chē)載信息系統應用等新的領(lǐng)域。 IEEE 最近公布的數字顯示，汽車(chē)電子年增長(cháng)率為 16%，并預計到 2005 年在一個(gè)中型汽車(chē)內電子設備的成本將占到總成本的 25%。

　　車(chē)載信息系統顯示出更像消費產(chǎn)品的一些特性——上市時(shí)間快，在市時(shí)間短，標準和協(xié)議不斷變化。 這些問(wèn)題將影響工程師們進(jìn)行設計和選擇所需硬件以快速創(chuàng )建、重復和支持未來(lái)升級的方法。

　　現在 FPGA 技術(shù)可以滿(mǎn)足這些要求。 賽靈思承諾將通過(guò)其賽靈思汽車(chē) (XA) 系列產(chǎn)品滿(mǎn)足車(chē)載信息系統和汽車(chē)信息娛樂(lè )應用的需求，該系列產(chǎn)品可提供以下特性：

　　• 擴展溫度范圍，最高可達 125℃

　　• 全生產(chǎn)性零件核準程序 (PPAP) 支持

　　• 行業(yè)公認的 AEC-Q100 器件合格檢驗流程

　　• 遵守世界汽車(chē)質(zhì)量標準 ISO TS 16949，并采用無(wú)鉛封裝以符合 RoHS 指令

　　這些器件基于我們的 Spartan 系列 FPGA，特別適用于要求每邏輯單元（系統門(mén)）具有低成本、每 I/O 低成本、以及諸如在單個(gè)器件上擁有多種 I/O 標準和嵌入式乘法器以實(shí)現高速 DSP 等高級特性的數字設計。

　　結論

　　在微軟汽車(chē)業(yè)務(wù)部和賽靈思汽車(chē)業(yè)務(wù)部等支持者的承諾下，微軟車(chē)載信息處理平臺遠景正在變?yōu)楝F實(shí)。 今天，領(lǐng)先的汽車(chē)制造商正將關(guān)鍵技術(shù)的融合采用在一個(gè)可以幫助實(shí)現以下功能的平臺內：

　　• 一種有價(jià)值且消費得起的車(chē)載信息系統解決方案

　　• 通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的可靠連接性

　　• 高質(zhì)量語(yǔ)音識別

　　• 低成本硬件

　　這將引發(fā)一個(gè)開(kāi)發(fā)者持續投資的“良性循環(huán)”，他們將使用這些平臺為最終用戶(hù)創(chuàng )造更多的價(jià)值。

　　如想了解更多信息，請訪(fǎng)問(wèn) www.microsoft.com/automotive/windowsautomotive/about.mspx/ and www.xilinx.com/cn/automotive/.