采用FPGA協(xié)處理器優(yōu)化汽車信息娛樂(lè)和信息通信系統(tǒng)(04-100)

　　一個(gè)前沿的汽車娛樂(lè)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)實(shí)例已經(jīng)由Delphi Delco電子系統(tǒng)公司出版。該平臺(tái)利用標(biāo)準(zhǔn)的SH-4微處理器和一個(gè)協(xié)同ASIC，日立的HD64404“Amanda”外設(shè)12,，滿足了80％的中等汽車市場(chǎng)的基本功能需求。該系統(tǒng)提供了一個(gè)具有標(biāo)準(zhǔn)API層的通用控制處理器，將硬件外設(shè)和協(xié)處理器分離。協(xié)同ASIC提供了外設(shè)和集成圖形處理器的基本功能。圖形處理器支持圖形和比例函數(shù)的交互，但是不能實(shí)現(xiàn)視頻編解碼器功能或其他的DSP應(yīng)用。該系統(tǒng)為所有的娛樂(lè)應(yīng)用提供了基本功能，但仍需為視頻編解碼器和無(wú)線通信功能附加ASIC和ASSP。

　　Delphi體系中的Amanda協(xié)同芯片采用雙處理總線，Piexl總線用于視頻處理等高性能數(shù)據(jù)流，而Register總線進(jìn)行控制應(yīng)用。這兩個(gè)總線都連在SH-4 MPX總線和一個(gè)外部存儲(chǔ)接口上?？偩€和存儲(chǔ)接口的結(jié)合使用為基于FPGA協(xié)處理器的無(wú)線通信平臺(tái)和靈活的視頻編解碼器提供了理想的接口。

　　協(xié)處理技術(shù)將FPGA和控制器或者DSP處理器緊密結(jié)合，使它們不再陷于主要的算法過(guò)程，而將標(biāo)準(zhǔn)的程序接口駐留在控制處理器中。這種集成方式非常適用于主要數(shù)據(jù)流或者算法駐留在FPGA或相關(guān)存儲(chǔ)器的情況。算法由控制處理器產(chǎn)生的低速控制信號(hào)進(jìn)行控制。
這種體系結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用于無(wú)線通信，以單個(gè)FPGA支持GSM/EDGE，WCDMA，1xEVDO和各種802.11協(xié)議中的數(shù)字處理。否則，對(duì)每一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都需要特定的硬件設(shè)計(jì)，從而增加了成本，限制了應(yīng)用范圍。

　　此外，F(xiàn)PGA協(xié)處理技術(shù)，可應(yīng)用于圖象處理，能夠以單個(gè)FPGA支持包括MPEG2，MPEG4和H.264在內(nèi)的多路視頻編解碼器。實(shí)際上，可以同樣采用無(wú)線通信技術(shù)中使用的FPGA。

　　FPGA協(xié)處理器通過(guò)基于直接內(nèi)存讀寫(DMA)的接口，集成在處理器系統(tǒng)中。嵌入式處理器的軟件層對(duì)每一個(gè)協(xié)處理器都有應(yīng)用接口，通過(guò)適當(dāng)?shù)膽?yīng)用協(xié)處理器，將初始化程序?qū)懭氲紽PGA中。一旦初始化完成后，軟件調(diào)用協(xié)處理器控制參數(shù)，時(shí)序和輸入、輸出數(shù)據(jù)流。根據(jù)采用的不同標(biāo)準(zhǔn)，在FPGA協(xié)處理器和控制處理器之間可能需要高級(jí)的通信對(duì)話，也可能FPGA協(xié)處理器單獨(dú)進(jìn)行工作，在這種情況下，控制處理器簡(jiǎn)單的將算法加載后，便不再參與處理過(guò)程。

　　每個(gè)加載到FPGA上的程序都必須同周圍系統(tǒng)緊密結(jié)合。采用FPGA進(jìn)行編程，需要一個(gè)定義好的系統(tǒng)接口，每個(gè)基于FPGA的加速器通過(guò)它進(jìn)行通信。一般而言，F(xiàn)PGA需要多個(gè)接口連接到控制處理器，存儲(chǔ)器和別的外設(shè)或者連接器上。FPGA也可以同時(shí)有幾個(gè)協(xié)處理器，共享一個(gè)控制處理器接口。每個(gè)外設(shè)或者協(xié)處理器可以有附加總線，進(jìn)行高性能的數(shù)據(jù)流處理。

　　視頻編解碼器具有相應(yīng)的輸入和輸出。Delphi體系結(jié)構(gòu)的視頻輸入接口是Amanda協(xié)同ASIC的一部分，對(duì)視頻流采用ITU-R BT.656接口標(biāo)準(zhǔn)?？梢赃M(jìn)行后級(jí)處理，使用ASIC以適用于不同的顯示屏。FPGA可能需要連接到另外兩個(gè)總線上，即存儲(chǔ)器總線和主控制器的PCI/MPX總線，它們都與協(xié)同芯片相連。通過(guò)這三個(gè)連接，由存儲(chǔ)接口實(shí)現(xiàn)寬帶通信，PCI/MPX總線實(shí)現(xiàn)控制通信，這樣，F(xiàn)PGA可以支持視頻和通信應(yīng)用。

　　FPGA為協(xié)同主處理器工作的專用處理體系提供了一個(gè)可編程平臺(tái)。FPGA程序與標(biāo)準(zhǔn)處理器體系的程序有根本不同。FPGA提供了可編程邏輯單元，布線，DSP處理模塊，存儲(chǔ)器和I/O的高性能硬件結(jié)構(gòu)。FPGA的體系結(jié)構(gòu)運(yùn)行起來(lái)同標(biāo)準(zhǔn)的ASSP非常相似，都是通過(guò)軟硬件開(kāi)發(fā)工具設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的特定功能。這些開(kāi)發(fā)工具輸出的二值圖樣裝入到FPGA中后，定義了所有可編程邏輯單元，布線，DSP處理模塊等的功能。二值圖樣在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，由主處理器加載?？梢援a(chǎn)生各種程序圖樣以支持MPEG2，MPEG4，H.264，GSM/EDGE，WCDMA，1xEVDO，GPS，3D圖形加速器或者任何其他可用于汽車信息通信系統(tǒng)的算法。根據(jù)娛樂(lè)系統(tǒng)中不同的用戶菜單選項(xiàng)，專用程序由主處理器下載到FPGA中，并處于主處理器的控制之下。