用于辅助驾驶系统的可编程平台的开发和应用

XtremeDSP 实时图像处理

　　那么为什么Xilinx FPGA能够提供比传统DSP更快的视频处理性能呢？最根本的原因是由于FPGA结构能够实现数据的并行处理。来自Xilinx的最新Vir tex- Pro系列器件还集成有嵌入式高性能乘法器模块阵列，可以进一步提高图像处理的能力。与此相对比，DSP处理器顺序执行指令和数据，并且以串行方式处理他们。因此FPGA可配置为能够并行执行多个操作（在单个时钟周期内）的乘法累加（MAC）单元阵列，而不是像传统的DSP中那样需要多个时钟周期才能在一个或少量MAC单元中执行完毕。

　　Xilinx FPGA还具有可利用准确的MAC阵列来满足计算要求的额外优点。这些特性对于完成图像计算非常理想。这样就可对图像中的多个像素簇（如离散余弦变换（DCT）的宏块）进行并行计算，而不必依序扫描整个图像。FPGA性能的提高还带来更多额外好处，例如，缓冲像素值所需要的存储器数量可更小，因为现在可实时处理。

　　除了实时性能以外，Xilinx FPGA的可重编程能力还提供了优异的系统灵活性，支持算法升级（即使在部署以后）。这一点非常重要，因为目前的辅助驾驶系统仍然处于早期研发阶段。随着边沿和目标检测算法的不断改进，可在数分钟中内完成硬件升级，而且不需要重新设计电路板。

　　利用可编程外设桥接汽车网络

　　随着汽车中演化出真正小型网络，设备制造商必须确定在众多的网络协议中哪种标准将是最成功的，或者哪些标准能够为自己带来最大的好处。不同的网络技术被用来满足汽车中的不同需要，从驾驶舱内的多媒体范围（面向多媒体的系统传输，MOST）直到汽车控制网络（如FlexRay）。图2中选择了一种预验证的控制区域网络（CAN）接口内核作为例子。

　　可应用于车内的一种此类新兴网络协议就是蓝牙。蓝牙无线技术是一种用于移动设备和WAN/LAN接入点的低成本、低功耗的短距离射频技术。这种源于计算和电信行业的标准描述了手机、计算机和PDA等设备之间如何利用一种短距离无线连接实现方便的互连。

　　例如，驾驶员可以利用蓝牙无绳耳机与口袋中的手机通信。因此可避免司机分心并提高了安全性。汽车工业成立了一个特殊兴趣组（SIG）来定义蓝牙汽车标准。该特殊兴趣组的成员包括汽车多媒体接口协作组织(AMIC)、宝马、戴姆勒-克莱斯勒、福特、通用汽车、丰田汽车以及大众汽车有限公司等。蓝牙在汽车中应用的一个例子Johnson Controls公司的免提手机系统“BlueConnect”，该系统允许司机在双手扶住方向盘的情况下通过支持蓝牙功能的手机保持联系。

　　然而，蓝牙器件的长期支持还存在问题，同时车内环境噪声对于蓝牙设备工作的影响也需要认真考虑。轿车和其他车辆的寿命要比消费类产品或手机长得多，因此芯片制造商必须解决由此而带来的支持和服务生命期不匹配的问题。然而，最近在底特律举办的Convergence 2002展会上，克莱斯勒集团展出了应用了蓝牙技术的汽车。

　　与采用ASSP相比，采用FPGA的最大好处之一是允许工程师设计出精确匹配系统要求的接口和外设。在开发的早期阶段试图连接到不同的汽车网络时，这一点特别有用。当试图快速将产品推向市场时，芯片组或ASIC重新设计即成本昂贵又耗费时间。在标准实现的早期，如果网络协议规格有所变化，为了支持最新的版本，在使用FPGA的设计时只需要简单地修改软件，然后再重新下载FPGA硬件配置就可以了。甚至还要以利用Xilinx IRL（因特网可重配置逻辑）通过广域网来完成这一点，因此不需要成本高昂的派工费用或额外的人力就可以通过远程维护完成硬件修改。

　　针对汽车应用的Xilinx IQ解决方案

　　为满足汽车电子设备设计人员的需要，赛灵思（Xilinx）公司推出了一系列支持扩展工业温度范围的新器件。称为“IQ”范围的这些新器件包括Xilinx 目前符合扩展温度级（Q）要求的现有工业级（I）FPGA和CPLD（表1）。符合新的IQ温度范围要求的第一批器件是密度范围从5K门至3K门的 Spartan-XL 3.3V FPGA，以及36和72宏单元的XC9500XL 3.3V CPLD。在未来的几个月时间里，IQ温度范围器件将会扩展包括密度高达30万门的FPGA器件，以及密度高达512个宏单元的CPLD器件，如表2所示。

　　结论

　　辅助驾驶系统的开发和应用需要高性能图像处理，同时又不希望牺牲在目标检测和汽车网络技术研发的早期阶段所需要的灵活性。采用Xilinx FPGA作为此类系统的核心为业界提供了最佳的DSP性能和无与伦比的网络连接标准支持能力，同时为系统设计师提供了一个完全灵活的设计平台。通过可实时工作的此类系统，为驾驶人员提供紧急驾驶告警或辅助车辆控制功能就成为可能，从而可大大提高车辆驾驶和乘座的安全性。