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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。
图1：典型的导航系统
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：使用Cyclone Ⅱ FPGA (EP2C5) 实行低成本的图形功能
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。
图3：目前的后座娱乐 (RSE) 的实行架构 (EP2C5)
图4：下一代的后座娱乐 (RSE) 的实行架构 (EP2C8)
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。
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。
图1：典型的导航系统
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：使用Cyclone Ⅱ FPGA (EP2C5) 实行低成本的图形功能
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。
图3：目前的后座娱乐 (RSE) 的实行架构 (EP2C5)
图4：下一代的后座娱乐 (RSE) 的实行架构 (EP2C8)
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。