采用FPGA协处理器优化汽车信息娱乐和信息通信系统(04-100)

　　一个前沿的汽车娱乐系统体系结构实例已经由Delphi Delco电子系统公司出版。该平台利用标准的SH-4微处理器和一个协同ASIC，日立的HD64404“Amanda”外设12,，满足了80％的中等汽车市场的基本功能需求。该系统提供了一个具有标准API层的通用控制处理器，将硬件外设和协处理器分离。协同ASIC提供了外设和集成图形处理器的基本功能。图形处理器支持图形和比例函数的交互，但是不能实现视频编解码器功能或其他的DSP应用。该系统为所有的娱乐应用提供了基本功能，但仍需为视频编解码器和无线通信功能附加ASIC和ASSP。

　　Delphi体系中的Amanda协同芯片采用双处理总线，Piexl总线用于视频处理等高性能数据流，而Register总线进行控制应用。这两个总线都连在SH-4 MPX总线和一个外部存储接口上。总线和存储接口的结合使用为基于FPGA协处理器的无线通信平台和灵活的视频编解码器提供了理想的接口。

　　协处理技术将FPGA和控制器或者DSP处理器紧密结合，使它们不再陷于主要的算法过程，而将标准的程序接口驻留在控制处理器中。这种集成方式非常适用于主要数据流或者算法驻留在FPGA或相关存储器的情况。算法由控制处理器产生的低速控制信号进行控制。
这种体系结构可以应用于无线通信，以单个FPGA支持GSM/EDGE，WCDMA，1xEVDO和各种802.11协议中的数字处理。否则，对每一个标准都需要特定的硬件设计，从而增加了成本，限制了应用范围。

　　此外，FPGA协处理技术，可应用于图象处理，能够以单个FPGA支持包括MPEG2，MPEG4和H.264在内的多路视频编解码器。实际上，可以同样采用无线通信技术中使用的FPGA。

　　FPGA协处理器通过基于直接内存读写(DMA)的接口，集成在处理器系统中。嵌入式处理器的软件层对每一个协处理器都有应用接口，通过适当的应用协处理器，将初始化程序写入到FPGA中。一旦初始化完成后，软件调用协处理器控制参数，时序和输入、输出数据流。根据采用的不同标准，在FPGA协处理器和控制处理器之间可能需要高级的通信对话，也可能FPGA协处理器单独进行工作，在这种情况下，控制处理器简单的将算法加载后，便不再参与处理过程。

　　每个加载到FPGA上的程序都必须同周围系统紧密结合。采用FPGA进行编程，需要一个定义好的系统接口，每个基于FPGA的加速器通过它进行通信。一般而言，FPGA需要多个接口连接到控制处理器，存储器和别的外设或者连接器上。FPGA也可以同时有几个协处理器，共享一个控制处理器接口。每个外设或者协处理器可以有附加总线，进行高性能的数据流处理。

　　视频编解码器具有相应的输入和输出。Delphi体系结构的视频输入接口是Amanda协同ASIC的一部分，对视频流采用ITU-R BT.656接口标准。可以进行后级处理，使用ASIC以适用于不同的显示屏。FPGA可能需要连接到另外两个总线上，即存储器总线和主控制器的PCI/MPX总线，它们都与协同芯片相连。通过这三个连接，由存储接口实现宽带通信，PCI/MPX总线实现控制通信，这样，FPGA可以支持视频和通信应用。

　　FPGA为协同主处理器工作的专用处理体系提供了一个可编程平台。FPGA程序与标准处理器体系的程序有根本不同。FPGA提供了可编程逻辑单元，布线，DSP处理模块，存储器和I/O的高性能硬件结构。FPGA的体系结构运行起来同标准的ASSP非常相似，都是通过软硬件开发工具设计实现系统的特定功能。这些开发工具输出的二值图样装入到FPGA中后，定义了所有可编程逻辑单元，布线，DSP处理模块等的功能。二值图样在系统运行时，由主处理器加载。可以产生各种程序图样以支持MPEG2，MPEG4，H.264，GSM/EDGE，WCDMA，1xEVDO，GPS，3D图形加速器或者任何其他可用于汽车信息通信系统的算法。根据娱乐系统中不同的用户菜单选项，专用程序由主处理器下载到FPGA中，并处于主处理器的控制之下。