不同成像方法電子設計的挑戰(zhàn)

　　十年來，車載網(wǎng)絡架構已變得更為復雜。雖然車載網(wǎng)絡協(xié)議的數(shù)量有所減少，但實際在用的網(wǎng)絡數(shù)量卻大大增加了。這就提出了網(wǎng)絡架構的可縮放性問題，并且要求為滿足各種應用和網(wǎng)絡的實際需要而優(yōu)化半導體器件。

　　FPGA 曾一度被認為是僅用于開發(fā)的解決方案，如今其價位下降使許多問題迎刃而解，因此已經(jīng)以低于傳統(tǒng) ASIC 或 ASSP 解決方案的總體系統(tǒng)成本投產(chǎn)?，F(xiàn)在，面向汽車市場的各大 FPGA 供應商均已通過 ISO-TS16949 認證，從而促使可編程邏輯器件成為汽車市場的主流技術。

　　車載網(wǎng)絡電氣架構

　　過去十年間，很多專門的汽車原始設備制造商的網(wǎng)絡協(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，半導體供應商悉心制造符合這些協(xié)議的器件，這使一級配件供應商競爭更加激烈并且紛紛降價，同時也促進了汽車原始設備制造商之間的模塊互通性。但是，今天的汽車電氣架構中仍有許多問題困擾著汽車原始設備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)絡方略。高端汽車最多可有七條不同網(wǎng)絡總線同時運行。例如，一輛汽車可以有一條 LIN 回路用于后視鏡、一條 500 Kbps 的低速 CAN 回路用于座椅或車門控制等低端功能、一條 1 Mbps 的高速 CAN 回路用于車身控制、另一條高速 CAN 回路用于駕駛員信息系統(tǒng)、一條 10 Mbps 的 FlexRay 回路用來提供實時駕駛員輔助數(shù)據(jù)，以及一條 25 Mbps 的 MOST 回路用于在導航或后座娛樂等多種信息娛樂系統(tǒng)內部或之間傳輸控制和媒體流。

　　另一方面，低檔汽車可以只有一條 LIN 或 CAN 回路，令所有其他模塊幾乎毫無交互操作地獨立工作。各汽車原始設備制造商都以不同方式處理模塊間通信和汽車網(wǎng)絡拓撲結構，而且每種車載平臺都不同，這使一級配件供應商難以開發(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，往往使其資源非缺乏即過剩，毫無靈活性可言。FPGA 的可編程性(以及可再編程性)便于增減片上通道(如 CAN 的通道)，而且允許重新使用 IP。有了這種靈活性，即可將針對網(wǎng)絡接口的數(shù)量和類型進行優(yōu)化的解決方案迅速制成模塊。

　　網(wǎng)絡協(xié)議的半導體實現(xiàn)

　　FPGA 的長處不僅在于接口數(shù)量與類型方面的可縮放性。就 ASSP、ASIC 和微控制器而言，其外設宏指令是在硬件中實現(xiàn)，這使其自然缺少靈活性。而在 FPGA 環(huán)境中，網(wǎng)絡接口 IP 本身可根據(jù)所用 IP 進行優(yōu)化。

　　例如，使用 Xilinx® LogiCORE™ CAN 或 FlexRay 網(wǎng)絡 IP，用戶可以隨同濾波器的數(shù)量一起靈活地設置發(fā)射和接收緩沖器的數(shù)量。在傳統(tǒng)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 個消息緩沖器這三種配置選擇。根據(jù)系統(tǒng)功能的級別和 FPGA 外部的可用處理，Xilinx 的可縮放 MOST 網(wǎng)絡接口解決方案包括可配置成主動操作或從動操作的網(wǎng)絡控制器 IP 以及異步采樣速率轉換器 (ASRC)、數(shù)據(jù)路由器或者復制保護加密引擎等大量 IP。

　　這種 IP 允許優(yōu)化，既能裝入低端解決方案的較低密度器件，也能裝入高端解決方案的較高密度器件，而其封裝常常在模塊的目標電路板上占用同樣的面積。另外，對于各主要協(xié)議，均已開發(fā)出可完善解決方案的中間件堆棧和驅動器。FPGA 解決方案的這種可縮放性和通用性在傳統(tǒng)汽車硬件解決方案中是根本不可能實現(xiàn)的。

　　各大 FPGA 供應商都采用軟微處理器，這些軟微處理器可以在控制功能的架構中有效實現(xiàn)，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)勢是能夠通過使用乘法器或片上硬 MAC 中的并行 DSP 處理功能來卸除微處理器和分區(qū)上的處理任務，從而提高總體性能和吞吐量。

　　我們已取得長足進步

　　可編程邏輯器件已取得長足進步，逐漸成為汽車市場的主流技術。各種可編程邏輯器件在可靠性方面難分伯仲，而 FPGA 技術則可以實現(xiàn)靈活的可縮放集成，這在傳統(tǒng)的 ASIC、ASSP 或微控制器架構中是不可能實現(xiàn)的。開發(fā)周期縮短，可編程邏輯器件供應商采用先進的工藝技術，以及可編程器件必然會帶來規(guī)模經(jīng)濟，這些均促使總體生產(chǎn)系統(tǒng)成本得以降低。

　　隨著車載網(wǎng)絡的關鍵 IP 和解決方案日趨成熟以及 FPGA 架構的性能潛力逐漸提高，可編程邏輯器件將成為主角，幫助攻克車載電氣架構的開發(fā)中所固有的某些工程難題。

　　FPGA 模塊TQM hydraXC：

　　最小且通用性最強的可重配置計算硬件平臺

　　• 基于 XILINX Spartan 3、Virtex 4 和 Virtex 5 技術

　　• 10/100 以太網(wǎng)、USB 2.0、RTC

　　• SPI-Flash、NAND-Flash、DDR2 / SDRAM

　　• 尺寸：2.13 英寸×1.73 英寸 (54 mm×44 mm)

　　• 可編程 VCC IO

　　用 TQM hydraXC 的嵌入式解決方案，具有以下優(yōu)越性

　　• 上市時間短

　　• 經(jīng)濟的系列化生產(chǎn)

　　• 極高的靈活性

　　• 減少硬件