使用FPGA實(shí)現(xiàn)低成本汽車多總線橋接
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汽車中的電子系統(tǒng)持續(xù)快速增長(zhǎng)，因此對(duì)比一下汽車電子發(fā)展和消費(fèi)類電子便攜式產(chǎn)品的發(fā)展將會(huì)大有啟發(fā)。如今的消費(fèi)者希望在汽車中獲得手持便攜式電子設(shè)備所提供的方便與舒適性。汽車電子將不再局限于引擎管理系統(tǒng)或車身控制，而是擴(kuò)展至新的領(lǐng)域，諸如信息娛樂、通信以及司機(jī)/乘客輔助系統(tǒng)等。
一個(gè)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)是必須保證汽車壽命與車內(nèi)電子設(shè)備壽命相匹配，這樣才能避免由于技術(shù)過時(shí)和設(shè)備淘汰而增加額外的成本。從8軌唱片播放機(jī)到音頻磁帶播放機(jī)、CD播放機(jī)到MP3播放機(jī)，如此迅速的發(fā)展提醒汽車設(shè)計(jì)工程師，車內(nèi)電子設(shè)備的生命周期相對(duì)較短。汽車標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)生和變化進(jìn)一步導(dǎo)致選擇標(biāo)準(zhǔn)時(shí)必須考慮到其壽命、靈活性和被接受的廣泛程度。目前使用的標(biāo)準(zhǔn)主要有LIN、CAN面向媒體的系統(tǒng)傳輸（MOST）以及藍(lán)牙技術(shù)。
汽車電子部件設(shè)計(jì)人員面臨的其它挑戰(zhàn)包括滿足低成本目標(biāo)、擴(kuò)展溫度范圍以及小型化要求。FPGA在過去的10多年里有著長(zhǎng)足的發(fā)展，提供了更高的性能、更低的功耗、更寬的工作溫度范圍、更小的體積和更低的成本，因此FPGA對(duì)汽車設(shè)計(jì)工程師有著越來越大的吸引力。
根據(jù)業(yè)界分析公司Gartner Dataquest（2003年11月）的報(bào)告，全球汽車電子應(yīng)用市場(chǎng)2003年約為7320萬美元，2004年會(huì)達(dá)到7790萬美元，2005年將達(dá)到8530萬美元。主要的汽車電子系統(tǒng)包括GPS導(dǎo)航系統(tǒng)、引擎控制單元和數(shù)字立體聲系統(tǒng)。
FPGA的優(yōu)點(diǎn)
由于FPGA具有可重復(fù)編程的靈活特點(diǎn)，因此可以快速實(shí)現(xiàn)新標(biāo)準(zhǔn)，這在現(xiàn)場(chǎng)部署完成后仍可進(jìn)行。而且無需對(duì)FPGA進(jìn)行物理拆卸，通過標(biāo)準(zhǔn)編程協(xié)議（如IEEE1149.1 JTAG）就可以完成。從而設(shè)計(jì)人員可以像調(diào)整引擎那樣對(duì)車內(nèi)電子系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)。
當(dāng)然，汽車型號(hào)是多種多樣的，從經(jīng)濟(jì)型、標(biāo)準(zhǔn)型到豪華型。因此，車內(nèi)的電子設(shè)備也因車而異。而通過FPGA可重復(fù)編程和靈活性的優(yōu)點(diǎn)，汽車設(shè)計(jì)工程師可以在同樣的平臺(tái)上提供從標(biāo)準(zhǔn)到豪華的不同特性組合。而對(duì)于ASIC，高昂的NRE和ASIC橋接的不靈活性使其從可行的解決方案中被排除出去。盡管ASIC有著較低制造成本的優(yōu)勢(shì)。
橋接功能
微處理器或微控制器是電子系統(tǒng)的核心。目前已有很多方案能夠以低成本靈活地實(shí)現(xiàn)兩種流行的汽車總線協(xié)議（LIN和MOST）與微處理器或微控制器接口之間的橋接。這些應(yīng)用成功的關(guān)鍵是FPGA的靈活結(jié)構(gòu)和可重復(fù)編程能力，使得可容易地與多種微處理器或微控制器橋接，從而為設(shè)計(jì)人員提供了最大的靈活性。要實(shí)現(xiàn)新的要求，或者對(duì)現(xiàn)有設(shè)計(jì)進(jìn)行修改，不需要更改元器件，只要簡(jiǎn)單地對(duì)FPGA進(jìn)行重新編程就可以了。
現(xiàn)在已經(jīng)有了用于汽車總線標(biāo)準(zhǔn)的IP核，如LIN和CAN。LIN是一種低成本單線（12V總線）串行通信協(xié)議，基于通用串行通信接口（UART）數(shù)據(jù)格式和旨在滿足汽車中分布式電子系統(tǒng)使用的單主控設(shè)備/多從屬設(shè)備概念。這個(gè)低成本網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)用于連接通信要求相對(duì)較低的分布式結(jié)點(diǎn)，主要針對(duì)使用智能傳感器、調(diào)節(jié)器或照明的汽車應(yīng)用。而不是取代諸如CAN等高性能網(wǎng)絡(luò)。
同步機(jī)制是LIN的一個(gè)特點(diǎn)，該機(jī)制允許采用從屬結(jié)點(diǎn)恢復(fù)時(shí)鐘而無需石英或陶瓷振蕩器。線路驅(qū)動(dòng)器和接收器的技術(shù)規(guī)格符合ISO9141單線標(biāo)準(zhǔn)，并且進(jìn)行了額外的增強(qiáng)。最大的傳輸速率是為20kbps。這一限制源于EMI考慮以及時(shí)鐘同步機(jī)制。
評(píng)論