FPGA曾一度被認為是僅用于開發(fā)的解決方案，但如今其價位下降非常迅速，使得許多問題迎刃而解,，甚至能以低于傳統(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(yīng)商均已通過ISO-TS16949認證,，使得可編程邏輯器件逐漸成為汽車市場的主流技術(shù),。

 

車載網(wǎng)絡(luò)電氣架構(gòu)

 

　　在過去十年間，很多專用的OEM汽車制造商的網(wǎng)絡(luò)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(dǎo)體供應(yīng)商可以專心制造符合這些協(xié)議的器件,，并使一級配件供應(yīng)商競爭更加激烈并且紛紛降價,，同時也促進了汽車OEM制造商之間的模塊互通性。但是,，今天的汽車電氣架構(gòu)中仍有許多問題困擾著汽車OEM制造商和一級配件供應(yīng)商,。

 

     工程師可以按幾種不同方式劃分和制定網(wǎng)絡(luò)策略,。高端汽車最多可有七條不同網(wǎng)絡(luò)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500Kbps的低速CAN回路用于座椅或車門控制等低端功能,、一條1Mbps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10Mbps的FlexRay回路用來提供實時駕駛員輔助數(shù)據(jù),，以及一條25Mbps的MOST回路用于在導(dǎo)航或后座娛樂等多種信息娛樂系統(tǒng)內(nèi)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。不同OEM汽車制造商會以不同方式處理模塊間通信和汽車網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu),，而且每種車載平臺都不同,，這使一級配件供應(yīng)商難以開發(fā)既有正確接口又可重復(fù)使用的模塊架構(gòu)。容納模塊的最終架構(gòu)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(gòu)，其資源往往不是缺乏就是過剩,，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通道)，而且允許重復(fù)使用IP,。有了這種靈活性,，即可將針對網(wǎng)絡(luò)接口的數(shù)量和類型優(yōu)化過的解決方案迅速制成模塊。

 

網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的半導(dǎo)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,。對ASSP,、ASIC和微控制器來說,，其外設(shè)宏指令是用硬件實現(xiàn)的，因此天生就缺少靈活性,。而在FPGA環(huán)境中,，網(wǎng)絡(luò)接口IP本身可根據(jù)所用IP進行優(yōu)化。

　　

       例如,，利用Xilinx LogiCORE CAN或FlexRay網(wǎng)絡(luò)IP,，用戶可以靈活地設(shè)置發(fā)送和接收緩沖器的數(shù)量以及濾波器的數(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外部的可用處理能力,，Xilinx的可縮放MOST網(wǎng)絡(luò)接口解決方案包括可配置成主操作或從操作的網(wǎng)絡(luò)控制器IP以及異步采樣速率轉(zhuǎn)換器(ASRC),、數(shù)據(jù)路由器或者復(fù)制保護用加密引擎等大量IP。

 

     這種IP允許優(yōu)化,，既能裝入低端解決方案中的較低密度器件,，也能裝入高端解決方案的較高密度器件，并且常常在模塊的目標電路板上使用相同的封裝外形,。另外,，對于各主要協(xié)議，業(yè)界已開發(fā)出可完善解決方案的中間件堆棧和驅(qū)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(yīng)商都有軟微處理器，這些軟微處理器可以在控制功能的架構(gòu)中高效實現(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(gòu)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處理功能來卸載微處理器和分區(qū)上的處理任務(wù)，從而提高總體性能和吞吐量,。

 

可編程邏輯器件已取得長足進步

 

　　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(shù)。各種可編程邏輯器件在可靠性方面難分伯仲,，而FPGA技術(shù)則可以實現(xiàn)可縮放的靈活的集成,，這在傳統(tǒng)的ASIC、ASSP或微控制器架構(gòu)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(yīng)商采用先進的工藝技術(shù)以及可編程器件必然帶來的規(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(luò)的關(guān)鍵IP和解決方案日趨成熟以及FPGA架構(gòu)的性能潛力逐漸提高,，可編程邏輯器件將在攻克車載電氣架構(gòu)開發(fā)中固有的某些工程難題方面發(fā)揮重要作用。

 

 

作者：Kevin Tanaka

 

全球汽車營銷及產(chǎn)品規(guī)劃經(jīng)理

 

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