车上的可编程超级计算机

与高级汽车电子系统相关的总成本不断攀升——汽车电子现在占有车辆成本的22％，预计在2010年将至少增加到40％。由于这些系统随着快速变化的需求而迅速发展，制造商必须努力实现体积更小、价格更低，更加灵活的创新方案，以便在成本和产品及时面市的竞争中保持优势。目前，标准汽车中对视频、音频和无线信号处理需要的计算能力越来越强，现场可编程门阵列（FPGA)能够满足这些要求较苛刻的灵活性和处理要求，同时还能够降低系统成本。

由于可编程逻辑内在的灵活性，汽车制造商不必采用专用集成电路（ASIC）或者专用标准产品（ASSP）设计，便可以设计能够跨越多平台运转的系统，从而降低总成本。FPGA还可以对多个到达信号进行高度分布的并行处理，以更低的成本提供比现有数字信号处理器（DSP）更高的性能。

随着汽车电子系统复杂性的不断增加，采用处理器来控制汽车中的多种功能，如制动防抱死系统（ABS）和燃油喷射单元，以及边沿娱乐系统等。汽车网络通常分为主体和供电控制网络、信息处理和多媒体子网。中心控制器是汽车系统的核心部分，使用户能够操作不同的电子系统和控制单元。为实现与这些电子控制单元的通信，中心控制器必须能够通过网关控制器访问所有类型的总线，网关控制器是车内不同电气和光学总线的路由器。

信息处理/娱乐控制器

在汽车中，信息处理系统整合了带有全球定位系统（GPS）的无线通信和嵌入式计算功能，以显示当前交通状况、行驶地图和方向，以及速度和燃油效率数据等。此外，出现紧急情况时，该系统可提供救援服务，指示车辆的确切位置。

信息处理系统的嵌入式处理器控制系统功能包括GPS、车轮传感和转速接口等。这些部分的行驶信息和车轮、发动机转速信息等数据通过LCD图形控制器进行显示。

娱乐单元提供对存储MP3音乐文件的音频播放器/CD-ROM的访问。GPS系统所使用的系统行驶数据也可以存放在其中。通过多种总线连接，接口单元支持控制器对所有汽车娱乐和驾驶信息系统的访问，如车载计算机等。可采用通用串行总线（USB）、IEEE1394（FireWire）或者以太网（以及蓝牙技术）接口将笔记本电脑或者个人数字助理（PDA）等便携式设备连接至系统，以同步数据或者上载/下载文件。

在这些汽车应用中需要大量的功能和接口，因此要具有极大的灵活性。FPGA是信息处理系统中多种应用的理想选择。可编程逻辑使汽车设计人员能够定制接口，以适应多种数据源。它能够与汽车ASSP器件一起提供互补、灵活的系统。信息处理控制器的大部分功能都可以在FPGA中实现。

采用FPGA中现成的知识产权（IP）内核，以及PCI和控制区域网（CAN）控制器，可以显著缩短汽车应用开发成本和面市时间。而且，可采用FPGA中专有嵌入式处理器实现信息处理应用中的标准微控制器功能。

信息处理/娱乐系统

信息处理系统用于控制汽车电子系统，并为驾驶员和其他乘客及时有效的显示这些信息。信息数据包括行驶、全球GPS和地图、娱乐系统、移动电话以及某些地区的道路收费系统等。
 
汽车电子设计人员开发信息处理系统时，面临预计构建哪种系统，如何定制各部分以及今后更新等问题的挑战。汽车制造商也必须确保其产品接口能够适应各种设备，如用户自己安装的换修设备等。

FPGA可以解决多种类似挑战，使汽车制造商及其主要供应商能够开发、定制灵活的信息处理系统，满足客户的特定需求。FPGA为接口总线提供不同规模的可升级互连，也可以用作完整的总线接口单元，支持不同ASSP所采用各种协议之间的通信。

汽车网关控制器和汽车PC

汽车网关控制器可用作不同电气和光学总线之间的路由器，集成USB、Firewire、媒体系统传送（MOST）总线，以及CAN系统互连等标准多媒体接口。控制器还可以实现与采用以太网和蓝牙技术等计算机相关接口的前沿汽车系统的连接。




在某些应用中，汽车PC用于控制闪存和CD-ROM驱动等媒体设备。通常需要一个小型CPU来控制网关的路由功能。网关控制器可以从汽车PC中单独分离出来，以支持各种接口，使系统能够与不同制造商使用的总线进行通信。

专用FPGA是理想的总线桥接方案；设计人员可以使用标准低成本ASSP，结合FPGA，与不同制造商采用的特定总线系统进行连接。这种优势提高了系统容量，降低了开发成本。对于系统供应商，采用FPGA也意味着其设计人员仅开发一个系统即可顺利完成开发过程。



汽车软件无线电

汽车软件无线电（SDR）是指在无线通信中，发射器调制和接收器解调均由软件完成。SDR接收器在天线之后便是模数（A/D）转换器，在二者之间也会有一个接口单元。软件控制的混频和基带处理完全数字化。这种方法主要优势在于灵活性；对于任何类型的接收器配置，软件都可以运行在一个通用硬件平台上。设计人员可以提取出硬件所需的一组通用功能，以实现所有可能的接收器，当需要新的接收器时，还可以选择重新配置硬件。

多个接收器配置可能需要一组不同的通道处理模块来实现，该模块在SDR控制器的控制下，重新装入到FPGA中。数控振荡器（NCO）、有限冲击响应（FIR）、无限冲击响应（IIR）、快速傅立叶变换（FFT），以及星座图等各种专用IP内核可用于实现SDR所需的通道处理、解码和波形模块。

汽车涉及到多种信息处理，因此对接收各种协议的需求在不断增加。从接收AM和FM电台开始，汽车还能够接收卫星信号、电视、WiFi、3G WiMax、OFDM协议，甚至是今天还没有想到的。因此，有必要采用一种软件定义并能修改的灵活系统。既使在系统投入使用后，FPGA内在的灵活性使其仍旧可以进行修改，因而成为系统设计的关键链接。

结论

在发动机仓、乘客车厢内以及外部诊断系统中，FPGA为成功的汽车电子系统设计提供了灵活的低风险途径——降低了制造的复杂性，实现了最佳成本效益。

FPGA现在主要用在电源供电、汽车PC、信息处理、汽车无线电、主体控制以及其他汽车应用上。FPGA和最佳IP内核、硬件和软件微处理器、强大的设计软件以及各种开发套件相结合，构成专用解决方案，实现完整的、易于使用的汽车电子设计平台。

在一个集成FPGA包装中，汽车设计人员可以得到在竞争激励的市场中获胜所需的全部帮助，如通过避免较大的流片投入（NRE）和时间花费以降低成本，以及降低ASIC所需的订购成本等。既使在标准制定过程中，他们也可以继续开发系统，而不必等到ASSP试制成功。其他优势包括设计过程的重新编程能力，如车辆中，各种系统重复使用同一个硬件平台进行设计，减少芯片的重复使用来进行风险和成本管理，以及对信息处理领域标准和协议不断变化的自适应性等。FPGA的灵活、适应性、内在的性能和成本优势使汽车工业焕然一新。明天的汽车将再也不会是以前的老爷车了。