加速客制化功能实作 FPGA打造独特驾驶体验

2014-12-08 09:43:05来源: 新电子

现场可编程闸阵列(FPGA)成车用电子系统差异化新利器。FPGA具备高度设计弹性与扩展性,可让汽车电子设计人员根据应用需求自由配置关键处理单元,并整合各种类比电路、收发器、周边及演算法,从而开发出别具特色的新功能,创造不同于以往的驾驶感受。

现场可编程闸阵列(FPGA)成车用电子系统差异化新利器。FPGA具备高度设计弹性与扩展性,可让汽车电子设计人员根据应用需求自由配置关键处理单元,并整合各种类比电路、收发器、周边及演算法,从而开发出别具特色的新功能,创造不同于以往的驾驶感受。

汽车将驶向何方呢?智慧型手机等多种装置都是具有连结能力的消费性电子产品,并且这些装置都可连接到云端,往后这类产品还会更多。与云端的连结可进一步增强资讯的获取和传输,实现巨量资料(Big Data)分析和即时资讯运用,且资讯不是以“通用”回应的形式传输,而是具有个性化,这是今后的主要发展趋势。

驾驶者能够选择不同的表现形式、自己的喜好,以及其他人机介面(HMI)变化来设置“他们”的介面,这是一种客制化体验,驾驶者不但能够设置希望展现的风格,同时汽车也越来越能适应环境,会根据以前的经验和云端资料提供预测性的建议。前面提到的特性更多的是针对用户体验,而更高的安全性也是要优先考虑的。

实现多模组整合 FPGA增进系统布建弹性

复合式前向视觉和其他感测器资讯等预防性安全应用,为防止碰撞、车道维持以及紧急煞车系统提供了稳定且可靠的资讯。摄影机提供了四周视角资讯,警告驾驶者在交叉路口或者盲点范围内可能出现的危险。这些增强功能不但提高了安全性,而且还可节省能源,例如消除后照镜的风阻效应。汽车的基本功能仍然是让人们从一个地方到另一个地方,但是往后人们的开车时光将会更轻松、愉快且具备更高效率,确保乘客得以安全到达目的地。

汽车中的电子零件越来越多,要满足这些新出现的需求会遇到很多系统挑战。以往是在系统层级,或者透过电子控制单元(ECU)来解决挑战;未来系统整合以及透过网路共用资料将更为重要,这不仅仅是从智慧能力的角度出发,而且还须考量到成本甚至是重量等要求。

对于这些系统的设计人员而言,与建构模组化特定应用标准产品(ASSP)或者功能固定的特定应用积体电路(ASIC)相比,现场可编程闸阵列(FPGA)能够提供非常独特且灵活的解决方案。FPGA支援设计人员根据自己的特殊需求,可自由的在架构中画分中央处理器(CPU)和硬体加速功能,以平行的方式在架构中放置关键处理单元,可以实现大传输量、低延时和确定性延时特性,非常适合对安全性、系统干预以及导航/自动驾驶判断等有要求的关键系统。

系统能够灵活的实现,可以直接在需要的地方建构功能安全(ISO 26262),而安全微控制器(MCU)只能监控资料在晶片上的输入输出。对于FPGA,则可以在需要的任何地方放置内置自测试(BIST)、诊断和检查,甚至是备援功能。

整合也是实现更小、更轻、成本更低系统的关键因素。FPGA不仅仅是逻辑闸阵列,进一步的研究显示,它实现了处理器、收发器、周边(例如,CAN控制器),甚至是类比模组的整合。在逻辑闸阵列部分,不仅有简单的逻辑闸,而且还包括了嵌入式记忆体和数位讯号处理器(DSP)模组。

上述整合具有两方面的优点,首先提供共用模组可协助设计人员节省时间,最佳化硬体的实现;其次,电路板上不再需要其他元件来实现这些功能,因此可节省空间、成本以及功率消耗。

与整合相关的是可扩展性,FPGA一般具有“纵向移植”功能,通用硬体接脚布局可适应于小型、中型和大型逻辑密度的元件。如此一来,在基本、中阶和高阶汽车中可以使用一个共用平台,一片共用印刷电路板(PCB),然后由适当容量的FPGA元件实现某款车型应用所需要的特性。在某些情况下,一旦有需求,纵向移植还支援收发器等更多的特性。

FPGA实现了系统的特殊功能,并使竞争优势突出。如果所有的系统都是由特殊的ASSP所构成,系统的性能和特性将受到限制,所有系统彼此之间也会非常相似。采用FPGA,具备独特的演算法及其实现方法最为重要,也是系统性能的关键。因此,系统便能在竞争者之中脱颖而出,完成其他系统所不具备的功能。

FPGA同时解决软/硬体更新

最后,让我们想像一下设计的生命周期,以及当前需求的快速变化。人们购买汽车总是希望能够使用五年,甚至是十年,因此,汽车电子设计要跟上趋势所面临的挑战,在于如何保持系统处于最新状态,并不断更新实现最新安全功能和其他技术,包括那些由政府强制要求的功能。

更新软体是一种方法,使用模组化设计,可以更换子系统模组。但软体更新同时也具有限制,而更换硬体模组的成本会很高。利用FPGA的现场可程式化特性,可以同时实现软体和硬体(逻辑)的更新。例如,可以透过云端服务,在“空中”实现这些更新,把系统更新到最新的状态下,实现安全演算法;或者增强功能,解锁某些新特性,让驾驶者享受更舒适的驾驶体验。在汽车系统设计中,FPGA的远端更新特性和灵活性拥有诸多优势。

现代FPGA因拥有灵活性、可扩展性以及高度整合特性,非常适合广泛应用在很多资讯娱乐和辅助驾驶系统中。其独特的特性和功能将使最终系统具备特色,并可发挥现场更新的优势。

关键字:FPGA  驾驶

编辑:刘燚 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2014/1208/article_3534.html
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