汽車電子中FPGA技術(shù)的應(yīng)用

謝孟

摘 要：在汽車電子設(shè)計(jì)工作當(dāng)中，采用FPGA技術(shù)，能夠保證汽車電子系統(tǒng)的安全運(yùn)行，提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率。設(shè)計(jì)人員在實(shí)際工作當(dāng)中，需要詳細(xì)了解汽車的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，不斷調(diào)整相關(guān)的設(shè)計(jì)方案，保證汽車的生產(chǎn)質(zhì)量?；诖耍恼轮饕治銎囯娮又蠪PGA技術(shù)的具體應(yīng)用，希望能夠給相關(guān)工作人員提供一定的參考與幫助。

關(guān)鍵詞：汽車電子系統(tǒng)；FPGA技術(shù)；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：U463.6 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）27-0160-02

FPGA又被稱為現(xiàn)場可編程門陣列，由于其具有運(yùn)行穩(wěn)定、安全可靠、操作簡單等特點(diǎn)，已經(jīng)被人們廣泛應(yīng)用到汽車電子設(shè)計(jì)當(dāng)中。在汽車電子設(shè)計(jì)工作當(dāng)中，采用FPGA技術(shù)，能夠?yàn)樵O(shè)計(jì)人員提供更多的低成本方案，減少安全事故的發(fā)生，降低企業(yè)的經(jīng)濟(jì)損失。鑒于此，本文主要研究FPGA技術(shù)在汽車電子當(dāng)中的應(yīng)用，保證我國汽車企業(yè)能夠更加快速的發(fā)展。

1 FPGA的相關(guān)概念與圖形化FPGA編程

FPGA技術(shù)主要以PAL、GAL與CPLD等三種編輯器為基礎(chǔ)衍生出來的產(chǎn)物，在專用集成電路當(dāng)中，其屬于一種半定制電路，對(duì)定制電路具有一定的保護(hù)作用，當(dāng)編輯器件中的門電路發(fā)生故障時(shí)，F(xiàn)PGA能夠有效保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。根據(jù)大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，在車載測試當(dāng)中，采用FPGA技術(shù)，能夠進(jìn)一步提高汽車電子系統(tǒng)的可靠性。汽車電子設(shè)計(jì)人員在實(shí)際工作當(dāng)中，需要熟悉掌握系統(tǒng)汽車內(nèi)部各個(gè)硬件的使用情況與相關(guān)設(shè)計(jì)語言，將汽車車載的相關(guān)設(shè)計(jì)語言進(jìn)行圖形化編程，能夠有效降低企業(yè)的設(shè)計(jì)成本，滿足汽車電子系統(tǒng)安全運(yùn)行的要求。

在汽車電子系統(tǒng)當(dāng)中，利用直觀的圖形化FPGA編程，能夠幫助工作人員更好的開發(fā)新產(chǎn)品，節(jié)約系統(tǒng)運(yùn)行成本。例如，在汽車電子系統(tǒng)當(dāng)中，運(yùn)用LABVEEW FPGA圖形編輯時(shí)，能夠幫助工作人員更加直觀的掌握系統(tǒng)的運(yùn)行動(dòng)態(tài)，既提高了工作人員的工作效率，又能夠節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間，為汽車電子系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行打下一個(gè)良好的基礎(chǔ)。汽車電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員在實(shí)際工作當(dāng)中，可以將圖形開發(fā)現(xiàn)場中的各個(gè)編程輸入到相應(yīng)的軟件當(dāng)中，該軟件又被稱為自定義軟件。采用這種方法，能夠減少編程數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤率，幫助設(shè)計(jì)人員更好的監(jiān)測系統(tǒng)的運(yùn)行情況。當(dāng)汽車電子系統(tǒng)升級(jí)時(shí)，相應(yīng)的軟件也要隨之不斷升級(jí)，保證汽車電子編程數(shù)據(jù)的精確性，從而保證設(shè)計(jì)人員的工作質(zhì)量。

2 FPGA技術(shù)的應(yīng)用范圍

FPGA的應(yīng)用主要范圍主要分為兩方面，分別是車載數(shù)據(jù)采集技術(shù)與汽車電子控制器的硬件仿真中的應(yīng)用。

2.1 車載數(shù)據(jù)采集

目前，我國汽車電子系統(tǒng)測試當(dāng)中，車載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是比較常見的系統(tǒng)之一，其主要功能是記錄汽車系統(tǒng)內(nèi)部出現(xiàn)的傳感信號(hào)。將FPGA應(yīng)用到車載數(shù)據(jù)采集當(dāng)中，能夠保證系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)有效處理，提高了車載數(shù)據(jù)的利用率。常用的車載數(shù)據(jù)采集技術(shù)主要包括車載信號(hào)的采集與處理。另外，在車載數(shù)據(jù)采集技術(shù)中應(yīng)用FPGA，還能夠及時(shí)處理系統(tǒng)中出現(xiàn)的“高級(jí)信號(hào)”。對(duì)于底層的信號(hào)數(shù)據(jù)來說，由于其內(nèi)部的信號(hào)處理較多，要求具有較強(qiáng)的處理速度，與其他數(shù)據(jù)處理技術(shù)相比，F(xiàn)PGA技術(shù)能夠保證數(shù)據(jù)的安全性，提高了數(shù)據(jù)的處理效率。

2.2 汽車電子控制器的硬件仿真

在汽車電子系統(tǒng)當(dāng)中，硬件在環(huán)仿真具有至關(guān)重要的作用，硬件在環(huán)仿真主要指的是在虛擬環(huán)境中，將系統(tǒng)中的硬件進(jìn)行有效組合，幫助設(shè)計(jì)人員更好的掌握汽車電子系統(tǒng)中的內(nèi)部運(yùn)行狀態(tài)。將FPGA應(yīng)用到硬件仿真當(dāng)中，能夠有效提高汽車的運(yùn)行速度，以便于工作人員更好的檢測汽車電子系統(tǒng)運(yùn)行情況，也會(huì)縮短汽車電子系統(tǒng)的開發(fā)周期，有效減少設(shè)計(jì)成本，提高汽車的生產(chǎn)質(zhì)量。

在汽車電子系統(tǒng)當(dāng)中，為了保證系統(tǒng)能夠更加穩(wěn)定的運(yùn)行，采用FPGA具有非常重要的作用。由于FPGA主要是PAL、GAL與CPLD等三種編輯器發(fā)展得來。FPGA技術(shù)本身也具有強(qiáng)的邏輯性，當(dāng)汽車電子系統(tǒng)當(dāng)中的邏輯單元較多時(shí)，采用 FPGA技術(shù)，能夠?qū)⑦@些邏輯單元準(zhǔn)確排列，提高汽車電子系統(tǒng)中邏輯單元的利用率。在汽車電子系統(tǒng)當(dāng)中，車載數(shù)據(jù)的有效采集具有非常重要的作用，而采用FPGA技術(shù)，能夠有效提高系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信號(hào)處理能力，為汽車電子系統(tǒng)提供保證。

3 FPGA技術(shù)在汽車電子中的具體應(yīng)用

3.1 便攜式車載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

在汽車電子系統(tǒng)當(dāng)中，便攜式車載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要包括4個(gè)部分，分別是溫度傳感信號(hào)、聲音振動(dòng)信號(hào)、壓力荷載信號(hào)與位置信號(hào)等，這4個(gè)部分主要用于汽車總體性能的評(píng)價(jià)。根據(jù)大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，以上這4種信號(hào)會(huì)隨著環(huán)境的變化而發(fā)生一定的變化，對(duì)車載數(shù)據(jù)與環(huán)境等要求較高，當(dāng)采用NICompactRIO控制系統(tǒng)時(shí)，理論上應(yīng)該選擇LabVIEW FPGA模塊與LabVIEW Real-Time模塊，采用以上這兩個(gè)模塊，能夠減少設(shè)計(jì)成本，保證汽車電子系統(tǒng)中的各個(gè)數(shù)據(jù)得到更好的處理。

FPGA技術(shù)在便攜式車載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的應(yīng)用流程如下：首先，建立一個(gè)CompactRIO硬件平臺(tái)，該平臺(tái)主要用于承載FPGA中的運(yùn)行系統(tǒng)；其次，在保證CompactRIO硬件系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件下，構(gòu)建FPGA芯片，該芯片是CompactRIO硬件的核心，將汽車電子系統(tǒng)中各個(gè)相對(duì)應(yīng)的模塊進(jìn)行有效連接，車載模塊能夠與汽車內(nèi)部的傳感器與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行有效連接，并將系統(tǒng)中的運(yùn)行數(shù)據(jù)傳輸給上級(jí)處理器；最后，設(shè)計(jì)人員需要在汽車電子系統(tǒng)當(dāng)中建立一個(gè)數(shù)據(jù)處理器，該處理器可以對(duì)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行二次處理，進(jìn)一步提高了數(shù)據(jù)的精確性，保證汽車內(nèi)部的各項(xiàng)數(shù)據(jù)得到更好的利用。

除此之外，在汽車電子系統(tǒng)當(dāng)中，該便攜式車載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的應(yīng)用范圍比較廣泛，可以應(yīng)用在汽車電子實(shí)驗(yàn)室與車速測試場中。為了有效保證系統(tǒng)的運(yùn)行效率，設(shè)計(jì)人員需要選擇合理的車載模塊與內(nèi)部的運(yùn)行程序，滿足汽車試驗(yàn)的各項(xiàng)要求。在保證車載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)人員還要隨時(shí)掌握外界溫度情況，并結(jié)合外界溫度的實(shí)際情況，選擇合理的運(yùn)行程序與車載模塊。在汽車電子系統(tǒng)當(dāng)中，設(shè)計(jì)人員還要安裝LabVIEW應(yīng)用程序，該程序能夠?qū)⑾到y(tǒng)進(jìn)行有效整合，并將系統(tǒng)數(shù)據(jù)直接輸出到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)當(dāng)中，進(jìn)一步保證了汽車電子系統(tǒng)數(shù)據(jù)的精確性。endprint

3.2 FPGA技術(shù)在汽油發(fā)動(dòng)機(jī)硬件環(huán)仿真中的具體應(yīng)用

在汽車電子系統(tǒng)當(dāng)中，汽油發(fā)動(dòng)機(jī)硬件環(huán)仿真具有非常重要的作用?；贜L LabVIEW FPGA模塊與NI PXI-7831R模塊當(dāng)中，通過對(duì)汽車電子系統(tǒng)的仔細(xì)分析，能夠保證FPGA技術(shù)在汽油發(fā)動(dòng)機(jī)硬件環(huán)仿真中得到更好的應(yīng)用。例如，在汽車電子系統(tǒng)當(dāng)中的發(fā)動(dòng)機(jī)硬件當(dāng)中，利用以上兩個(gè)模塊與FPGA技術(shù)，能夠?qū)ζ桶l(fā)動(dòng)機(jī)硬件環(huán)進(jìn)行更好的仿真，這在一定程度上也不斷提高了汽車電子系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

在汽油發(fā)動(dòng)機(jī)硬件環(huán)仿真中，應(yīng)用FPGA技術(shù)的流程為：首先，設(shè)計(jì)人員需要保持汽車電子系統(tǒng)當(dāng)中的硬件仿真系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)角度與曲軸角度相同，并將系統(tǒng)當(dāng)中的數(shù)據(jù)控制器作為仿真系統(tǒng)的輸入端；其次，對(duì)仿真系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)輸出端輸出的數(shù)據(jù)詳細(xì)記錄，當(dāng)出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)時(shí)，可以進(jìn)行二次輸入，從根本上保證輸入數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；最后，在汽油發(fā)動(dòng)機(jī)硬件環(huán)仿真中，需要設(shè)置大量的信號(hào)傳感器，并根據(jù)規(guī)定的相關(guān)函數(shù)，不斷輸出系統(tǒng)中的信號(hào)，從而提高信號(hào)的安全性。

在實(shí)際應(yīng)用的過程當(dāng)中，為了保證系統(tǒng)中各個(gè)模塊的安全性，可以在汽車電子系統(tǒng)中設(shè)置相應(yīng)的控制系統(tǒng)，一旦系統(tǒng)中的模塊出現(xiàn)破壞，該控制系統(tǒng)會(huì)及時(shí)發(fā)出警報(bào)，提醒設(shè)計(jì)人員及時(shí)調(diào)整系統(tǒng)，從而提高系統(tǒng)的安全性。研究表明，基于PXI平臺(tái)的重復(fù)設(shè)計(jì)模塊，能夠有效提高汽車電子系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高了系統(tǒng)傳感信號(hào)的利用率。在該汽車系統(tǒng)當(dāng)中，由于使用了LabVIEW來開發(fā)FPGA，能夠進(jìn)一步提高汽車電子系統(tǒng)的邏輯性。針對(duì)不同氣缸的發(fā)動(dòng)機(jī)，采用不同的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)軟件，能夠有效節(jié)省企業(yè)的投入成本。當(dāng)然，如果采用LabVIEW仿真工具包，能夠幫助設(shè)計(jì)人員將MathWORKS Simulink（r）仿真模型更好融入到LabVIEW平臺(tái)當(dāng)中，節(jié)省大量的研發(fā)時(shí)間，從而有效保證汽車電子系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

4 結(jié)束語

將 FPGA技術(shù)應(yīng)用到便攜式車載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與汽車發(fā)動(dòng)機(jī)硬件在環(huán)仿真當(dāng)中，能夠提高汽車電子系統(tǒng)的運(yùn)行效率，減少成本的浪費(fèi)，從根本上提高了汽車的生長速度與質(zhì)量。但是，由于我國的FPGA技術(shù)發(fā)展比較緩慢，汽車電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員在實(shí)際工作當(dāng)中，需要不斷學(xué)習(xí)先進(jìn)的知識(shí)，提高自身的專業(yè)技能，從而保證我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)能夠更加快速的發(fā)展。

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