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FPGA如何让汽车系统运作

时间:2006-04-07 00:00来源:compotechasia.com 作者:admin 点击:

汽车电子设计正体验着更短的设计周期,以及面对增加数字内涵的时代转移。在未来的5年间,在汽车内的电子系统预计会有7%年复合成长率的增长,但是PLD(可编程逻辑器件)的采用预计会有更快的增长速率,年复合成长率将可达到45%。

在汽车领域中将有许多因素促使其采用PLD,首先,汽车设计的演进朝向“平台化”的概念发展,这是用一种基本的设计来提供车型的差异化,加上需要在汽车内整合音频、视频与数据功能,又更进一步地推动了平台化的概念;第二,更快的创新周期,现今,典型的汽车设计约需费时24-36个月,从5年前汽车尚有60个月的生命周期,如今已经变得更快了。由于面对更短的设计周期,让系统供应商必须得快速地提供原型,以及对OEM展示他们的设计,这将带来了极大的压力;第三,以导航系统、后座娱乐系统与驾驶辅助应用为形式所增加的数字内容,已经成功的进入了主流市场;第四,ASIC与ASSP供货商担心产品会过时,因此他们寻求PLD以提供设计上的弹性。上述所有的这些因素,需要汽车设计师去建立一个设计解决方案,这不仅是需要提供更多的弹性,也需要在他们的成本目标内,满足效能上的需求。

现场可编程门阵列(FPGA)具有低成本架构与充足的组件资源,将可提供设计师完整的解决方案。这篇文章将会详述在汽车市场中使用FPGA来实行具备导航多媒体图形显示应用,以及后座娱乐(RSE)系统的大量、低成本解决方案所带来的效益。

图像化导航系统

在量产系统中的导航功能是PLD已经成功设计进去并目前已交货的重要领域之一。图1的系统架构图是一个典型的导航系统,是一个可进行简单的路线规划或2D显示的系统,系统架构由主CPU构成,一般常用的有SH4、Power PC或TI OMAP处理器,搭配一个图形处理器,与这些处理器沟通的还有许多的外围,例如键盘与TFT显示器。

图形处理需要运算许多种算法则,例如比例调整、色彩过滤与透明层混合。FPGA比DSP或ASSP(特定应用标准产品)更适合来执行这些运算密集的运算法则,因为它们可以在一个单一时钟周期内管控多重的指令。

图2显示一个以Altera Cyclone Ⅱ FPGA来实行低成本的图形功能。视频可以是BT.656输入(YUV 4:2:2),其具备色彩空间转换器(CSC)以输出RGB信号,内存接口到Avalon总线架构能容纳大量的图形运算,可以支持的内存类型包括SRAM、SDRAM与DDR-SDRAM。Nios Ⅱ是Altera的32位嵌入式处理器,主要用于图形处理(划线、建立图框)与提供其它的控制功能。绘图硬件加速器可以包括如BitBlt(复制对象到图框缓冲区、2D-DMA转换、图形混合)等功能,透明度混合可以支持多个通道。Cyclone Ⅱ能够为远程显示应用支持LVDS图形输出。
 
后座娱乐系统

后座娱乐(Rear Seat Entertainment, RSE)是已经广泛采用PLD的新兴领域之一,像是导航系统、RSE系统牵涉到极大量的图形处理,特别是与视频质量有密切关系。图3显示出一个典型的现代RSE系统,关键的元器件是微控制器(μC)、FPGA、内存、其它的ASSP与外围元件。微控制器通常是16位或32位,ASSP通常包括像是译码与控制器局域网络(CAN)收发器等功能。

下一代的RSE系统与目前这个将会完全不同,设计师被强迫降低他们的BOM成本,并寻找让系统更具弹性的方法来满足高端、中端与低端平台的需求。想要达到这个目标的一种方式是通过整合一些ASSP功能到现有的FPGA之中,如图4所示,微控制器的功能已经被FPGA所取代,在这个例子中是采用Altera的32位Nios Ⅱ RISC处理器。CAN接口可以轻易地被FPGA所支持,只需消耗少于10%的Cyclone Ⅱ EP2C8器件资源。除了CAN接口之外,FPGA也可以支持媒体导向系统传输(Media Oriented System Transport, MOST)的Media LB接口,MOST是下一代采用光纤为基础的接口,可以广泛地用于下一代的教育娱乐与通信系统。Firewire则可提供足够的选择,是对使用MOST较不具意义的领域。

除了取代ASSP的功能外,FPGA还有大量的空间可以做视频处理,可具有一个芯片内的MOST或Firewire接口,让FPGA可以轻易地支持数字视频模式,让系统供应商可以增加更多功能,以便与竞争对手有所差异。这个系统整合特性不仅有较低的整体系统成本,也提供系统供应商更多的弹性来增加额外的功能。

汽车图形系统参考设计

汽车图形系统参考设计展示了在图形系统中使用了Altera Cyclone FPGA,它可以被用于导航或RSE形式的应用。这个参考设计显示了FPGA针对低成本应用所能提供的能力与弹性。这个参考设计的主要特性是:
● 视频输入硬件模块:画面剪切、色彩空间转换、水平与垂直比例调整;
● TFT显示控制器:5层的显示、画中画(Picture in picture);
● 在NiosⅡ处理器上执行的图形函式库;
● 在NiosⅡ Cyclone开发板上执行:需要Lancelot VGA视讯控制器;
● SDRAM程序储存与图框缓冲区。
这个参考设计可免费提供,并可从Altera的网站上下载。

结 语

汽车产业已经开始很认真地看待FPGA如何能够同时协助系统供应商与汽车制造商(OEM)达到成功,在几年前,还从未听过在汽车领域中使用FPGA,然而,因为有更低的成本架构,并能增进系统的效能,FPGA目前已经进入主流的汽车市场,随着在汽车中的电子产品使用量快速增加,FPGA的用量也随之增加。在汽车产业中,不同于ASSP的解决方案,FPGA能提供的弹性,能够更进一步增加市场的需求。PLD已经在教育娱乐与通信市场找到发展空间,目前正以它们的方式进入新兴的驾驶辅助汽车应用领域,包括像是变换车道警示、夜视功能与轮胎压力监控等快速成长中的应用。由于具备较低的硅芯片成本架构、丰富的IP核心、参考设计与较长的产品生命周期,PLD将具备应付成长中汽车电子市场所需的能力。
(责任编辑:admin)
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