FPGA在汽車電子的發(fā)展前景探討

【摘 要】本文主要介紹了基于FPGA在汽車電子領(lǐng)域的一些發(fā)展情況，并對(duì)這些領(lǐng)域的發(fā)展前景進(jìn)行了一些探討，指出

FPGA技術(shù)在未來汽車電子設(shè)計(jì)中的重要作用。

【關(guān)鍵詞】FPGA；汽車電子

隨著數(shù)字技術(shù)的進(jìn)步，汽車開始向電子化、多媒體化和智能化方向發(fā)展，越來越多的電子技術(shù)應(yīng)用到汽車系統(tǒng)，汽車電子化的程度是衡量現(xiàn)代汽車水平的重要標(biāo)志，是開發(fā)新車型、改進(jìn)汽車性能最重要的技術(shù)措施。FPGA技術(shù)在汽車電子領(lǐng)域也有它廣泛的應(yīng)用舞臺(tái)。由于具有極強(qiáng)的實(shí)時(shí)性，使其對(duì)話音進(jìn)行實(shí)時(shí)處理成為可能；由于它是通過面向芯片結(jié)構(gòu)指令的軟件編程來實(shí)現(xiàn)其功能的，因而僅修改軟件而不需改硬件平臺(tái)就可以改進(jìn)系統(tǒng)原有設(shè)計(jì)方案或原有功能，具有極大的靈活性；FPGA芯片并非專門為某種功能設(shè)計(jì)的，因而使用范圍廣、產(chǎn)量大、價(jià)格可以降到很低。所以FPGA在汽車電子系統(tǒng)中大量應(yīng)用，將會(huì)極大地促進(jìn)汽車電子技術(shù)的發(fā)展。本文介紹了幾種常用的FPGA技術(shù)在汽車領(lǐng)域的一些發(fā)展情況。

一、基于FPGA的汽車電子設(shè)計(jì)

（1）基于FPGA的GPS+GSM雙重車載定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)。改系統(tǒng)充分利用了FPGA強(qiáng)大的邏輯控制功能和NiosⅡ處理器的多可配置標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)接口功能，結(jié)合GPS和GSM功能模塊，設(shè)計(jì)了一款雙重定位系統(tǒng)。通常情況下用GPS進(jìn)行定位，在特殊情況下可以開通GSM網(wǎng)絡(luò)定位功能實(shí)現(xiàn)雙定位，再通過GSM網(wǎng)絡(luò)將定位信息、時(shí)間和終端特殊信息傳送到監(jiān)控中心，或者接收監(jiān)控中心傳來的信息，完成定位和監(jiān)控等功能。定位終端系統(tǒng)的硬件由一塊FPGA芯片和GPS模塊，GSM模塊，外部存儲(chǔ)SDRAM，F(xiàn)LASH，SRAM，LCD及控制模塊等組成，其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。FPGA芯片主要實(shí)現(xiàn)NiosⅡ軟核處理器、片上存儲(chǔ)器和各種接口驅(qū)動(dòng)等功能，其包括NiosⅡ系統(tǒng)和外設(shè)兩部分。NiosⅡ系統(tǒng)包括NiosⅡ處理器、存儲(chǔ)器、定時(shí)器、串行接口、并行接口和連接各個(gè)組件的Avalon交換結(jié)構(gòu)總線。其中GPS_UART和GSM_UART分別實(shí)現(xiàn)與GPS和GSM模塊的串行通信，LCD控制器實(shí)現(xiàn)與人機(jī)交互模塊的連接。

圖1 車載定位系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖

（2）GPS導(dǎo)航模塊。構(gòu)建GPS導(dǎo)航系統(tǒng)需GPS天線、接收模塊、存儲(chǔ)器、處理器、相應(yīng)的控制按鍵和地圖LCD顯示設(shè)備。為了提高開發(fā)周期，系統(tǒng)直接采用GARMIN公司的GPS25 OEM開發(fā)板，它與FPGA開發(fā)板的連接電路如圖2所示。

圖2 GPS25和FPGA連接圖

（3）基于DSP和FPGA的車用語音信號(hào)處理。汽車電子產(chǎn)品中的語音處理主要涉及到語音的數(shù)字化處理、語音編解碼、語音壓縮和語音識(shí)別。國外比較熱門的汽車電子產(chǎn)品之一就是語音識(shí)別系統(tǒng)，語音識(shí)別系統(tǒng)具有潛在的應(yīng)用前景，包括聲控電話、語音操作導(dǎo)航、聲控選擇廣播頻道、防盜語音鑒別等。例如，一種基于隱式馬可夫模型（HMM）的與講話人無關(guān)、100條指令識(shí)別的應(yīng)用，由文獻(xiàn)可知，那么聲學(xué)HMM模型的大小將為。進(jìn)行包括輸入語音采樣的細(xì)分/開窗、MFCC提取、概率計(jì)算和Viterbi搜尋等適時(shí)處理，對(duì)DSP的運(yùn)算量要求一般為10000萬次乘加（MAC）運(yùn)算。對(duì)于連續(xù)語音信號(hào)的識(shí)別，則要求更好的數(shù)字信號(hào)處理速度和更大的存儲(chǔ)空間。由于語音識(shí)別系統(tǒng)要對(duì)聲音進(jìn)行實(shí)時(shí)處理和采樣，需要大量的運(yùn)算，如果以它們20的計(jì)算資源分配用于1000萬次MAC語音識(shí)別應(yīng)用，那么需要處理器能夠具有5000萬次MAC的能力。因此，必須采用DSP和FPGA才能完成其任務(wù)。DSP和FPGA的處理速度對(duì)語音信號(hào)處理應(yīng)用系統(tǒng)的復(fù)雜性和性能起著決定性作用，高速DSP和FPGA的實(shí)現(xiàn)可實(shí)現(xiàn)聲道自適應(yīng)和聲域自適應(yīng)等現(xiàn)代語音處理和識(shí)別技術(shù)。從理論上講，DSP和FPGA處理速度越快，汽車語音處理和識(shí)別產(chǎn)品的應(yīng)用性能就越好。

二、結(jié)語

FPGA實(shí)現(xiàn)汽車電子的多模塊集中控制，增強(qiáng)汽車電子設(shè)計(jì)的靈活性，縮短開發(fā)周期，降低成本，縮小電子系統(tǒng)在車內(nèi)所占用空間，同時(shí)提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和易維護(hù)性，方便系統(tǒng)升級(jí)。因此在未來汽車電子設(shè)計(jì)中FPGA必將有突出表現(xiàn)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]徐志軍.EDA技術(shù)與VHDL設(shè)計(jì)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009

[2]江國強(qiáng).EDA技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007

[3]吳翠娟，陳曙光.EDA技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2009