汽車娛樂電子推動(dòng)了功能和容量的快速發(fā)展,促使設(shè)計(jì)人員在性能、成本和靈活性上做出綜合考慮。與其他汽車電子領(lǐng)域不同,多媒體圖形應(yīng)用高度可視化,其需求多變,在許多情況下甚至還沒有建立標(biāo)準(zhǔn)。汽車設(shè)計(jì)人員需要一個(gè)能夠提供最靈活、性能最佳而成本可控的解決方案?？删幊踢壿?特別是現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（FPGA）便是這樣的解決方案。

在以前,專用集成電路（ASIC）能夠?yàn)橹圃焐烫峁┏杀拘б孑^好的芯片方案,因此,汽車圖形應(yīng)用在半導(dǎo)體方面一般選用ASIC。但是,ASIC開發(fā)成本不斷攀升,降低批量?jī)r(jià)格、快速面市的要求以及功能復(fù)雜性的提高可能會(huì)預(yù)示著汽車市場(chǎng)中ASIC統(tǒng)治時(shí)代的結(jié)束。頂級(jí)汽車供應(yīng)商正在尋找一種最具成本效益的設(shè)計(jì)平臺(tái),其強(qiáng)大的功能和靈活性能夠滿足越來越復(fù)雜的汽車數(shù)字系統(tǒng)的需求。

專用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品（ASSP）在汽車和消費(fèi)類市場(chǎng)上是ASIC的一種替代方案。這類產(chǎn)品的主要優(yōu)勢(shì)在于低成本。但是,ASSP具有隱含的成本,如尋找各種功能都合適的ASSP,而不必添加外部邏輯、軟件以及其他ASIC或者ASSP。而且,隨著需求的不斷變化,在設(shè)計(jì)早期可能不需要ASSP,設(shè)計(jì)一旦投產(chǎn)之后,便不再采用ASSP。

FPGA能夠顯著縮短工程開發(fā)時(shí)間,降低多芯片重復(fù)使用成本,成為汽車圖形應(yīng)用中替代ASIC和ASSP的功能強(qiáng)大而又靈活的解決方案。ASSP可能會(huì)丟失所需功能,ASIC則有隨著設(shè)計(jì)修改而必須重制的風(fēng)險(xiǎn),而FPGA在設(shè)計(jì)過程中,可以進(jìn)行編程,并根據(jù)需要重新編程,實(shí)現(xiàn)更快速的原型設(shè)計(jì),加快產(chǎn)品面市。如果需求變化,即使是器件已經(jīng)在車輛中投入使用了,FPGA也可以現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行更新。FPGA不存在預(yù)先的ASIC流片（NRE）成本以及最小訂購量問題,也不存在ASSP相關(guān)的潛在成本問題,它是系統(tǒng)設(shè)計(jì)最具成本效益的選擇。而且,FPGA在通用硬件平臺(tái)上能夠重復(fù)使用的能力顯得非常重要,使設(shè)計(jì)人員能夠生成不同的系統(tǒng),憑借一個(gè)基本設(shè)計(jì)便可以支持多種功能,從而降低制造成本。

FPGA參考設(shè)計(jì)推動(dòng)汽車圖形技術(shù)

信息娛樂應(yīng)用要求越來越復(fù)雜的圖形處理能力。這種處理可以在高端處理器和DSP中實(shí)現(xiàn),但代價(jià)是極高的成本、復(fù)雜度和功耗?？梢栽谙到y(tǒng)中加入FPGA來降低圖形系統(tǒng)的總成本、復(fù)雜度,以及性能需求。圖1所示為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的圖形參考設(shè)計(jì),該設(shè)計(jì)承載視頻輸入,覆蓋LCD屏幕上顯示的其他圖像。

現(xiàn)代汽車電子從所應(yīng)用的電子元器件到車內(nèi)電子系統(tǒng)的架構(gòu)均已進(jìn)入了一個(gè)有本質(zhì)性提高的新階段。其中最有代表性的核心器件之一就是智能傳感器。

一、汽車電子操控和安全系統(tǒng)談起

近幾年來我國汽車工業(yè)增長(zhǎng)迅速，發(fā)展勢(shì)頭很猛。因此評(píng)論界出現(xiàn)了一些專家的預(yù)測(cè)：汽車工業(yè)有可能超過IT產(chǎn)業(yè)，成為中國國民經(jīng)濟(jì)最重要的支柱產(chǎn)業(yè)之一。其實(shí)，汽車工業(yè)的增長(zhǎng)必將包含與汽車產(chǎn)業(yè)相關(guān)的IT產(chǎn)業(yè)的增長(zhǎng)。例如，雖然目前在我國一汽的產(chǎn)品中電子產(chǎn)品和技術(shù)的價(jià)值含量只占10%—15%左右，但國外汽車中電子產(chǎn)品和技術(shù)的價(jià)值含量平均約為22%，中、高檔轎車中汽車電子已占30%以上，而且這個(gè)比例還在、不斷地快速增長(zhǎng)，預(yù)期很快將達(dá)到50%。

電子信息技術(shù)已經(jīng)成為新一代汽車發(fā)展方向的主導(dǎo)因素，汽車（機(jī)動(dòng)車）的動(dòng)力性能、操控性能、安全性能和舒適性能等各個(gè)方面的改進(jìn)和提高，都將依賴于機(jī)械系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)和電子產(chǎn)品、信息技術(shù)間的完美結(jié)合。汽車工程界專家指出：電子技術(shù)的發(fā)展已使汽車產(chǎn)品的概念發(fā)生了深刻的變化。這也是最近電子信息產(chǎn)業(yè)界對(duì)汽車電子空前關(guān)注的原因之一。但是，必須指出的是，除了一些車內(nèi)音響、視頻裝備，車用通信、導(dǎo)航系統(tǒng)，以及車載辦公系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等車內(nèi)電子設(shè)備的本質(zhì)改變較少外，現(xiàn)代汽車電子從所應(yīng)用的電子元器件（包括傳感器、執(zhí)行器、微電路等）到車內(nèi)電子系統(tǒng)的架構(gòu)均已進(jìn)入了一個(gè)有本質(zhì)性提高的新階段。其中最有代表性的核心器件之一就是智能傳感器（智能執(zhí)行器、智能變送器）。

實(shí)際上，汽車電子已經(jīng)經(jīng)歷了幾個(gè)發(fā)展階段：從分立電子元器件搭建的電路監(jiān)測(cè)控制，經(jīng)過了電子元器件或組件加微處理器構(gòu)筑的各自獨(dú)立的、專用的、半自動(dòng)和自動(dòng)的操控系統(tǒng)，現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)入了采用高速總線（目前至少有5種以上總線已開發(fā)使用），統(tǒng)一交換汽車運(yùn)行中的各種電子裝備和系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)綜合、智能調(diào)控的新階段。新的汽車電子系統(tǒng)由各個(gè)電子控制單元（ECU）組成，可以獨(dú)立操控，同時(shí)又能協(xié)調(diào)到整體運(yùn)行的最佳狀態(tài)。例如為使發(fā)動(dòng)機(jī)處于最佳工作狀態(tài)，就需要從吸入汽缸的空氣流量、進(jìn)氣壓力的測(cè)定開始，再根據(jù)水溫、空氣溫度等工作環(huán)境參數(shù)計(jì)算出基本噴油量，同時(shí)還要通過節(jié)氣門位置傳感器檢測(cè)節(jié)氣門的開度，確定發(fā)動(dòng)機(jī)的工況，進(jìn)而控制，調(diào)整最佳噴油量，最后還需要通過曲軸的角速度傳感器監(jiān)測(cè)曲軸轉(zhuǎn)角和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，最終計(jì)算出并發(fā)出最佳點(diǎn)火時(shí)機(jī)的指令。這個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射系統(tǒng)和點(diǎn)火綜合控制系統(tǒng)還可以與廢氣排放的監(jiān)控系統(tǒng)和起動(dòng)系統(tǒng)等組合，構(gòu)筑成可使汽車發(fā)動(dòng)機(jī)功率和扭矩最大化，而同時(shí)燃油消耗和廢氣排放最低化的智能系統(tǒng)。

還可以舉一個(gè)安全駕駛方面的例子，出于平穩(wěn)、安全駕駛的需要，僅只針對(duì)四個(gè)輪子的操控上，除了應(yīng)用大量壓力傳感器并普遍安裝了剎車防抱死裝置（ABS）外，許多轎車，包括國產(chǎn)車，已增設(shè)了電子動(dòng)力分配系統(tǒng)（EBD），ABS+EBD可以最大限度的保障雨雪天氣駕駛時(shí)的穩(wěn)定性?，F(xiàn)在，國內(nèi)外的一些汽車進(jìn)一步加裝了緊急剎車輔助系統(tǒng)（EBA），該系統(tǒng)在發(fā)生緊急情況時(shí)，自動(dòng)檢測(cè)駕駛者踩制動(dòng)踏板時(shí)的速度和力度，并判斷緊急制動(dòng)的力度是否足夠，如果需要，就會(huì)自動(dòng)增大制動(dòng)力。EBA的自控動(dòng)作必須在極短時(shí)間（例如百萬分之一秒級(jí)）內(nèi)完成。這個(gè)系統(tǒng)能使200km/h高速行駛車輛的制動(dòng)滑行距離縮短極其寶貴的20多米。針對(duì)車輪的還有分別監(jiān)測(cè)各個(gè)車輪相對(duì)于車速的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而為每個(gè)車輪平衡分配動(dòng)力，保證在惡劣路面條件下各輪間具有良好的均衡抓地能力的“電子牽引力控制”（ETC）系統(tǒng)等。