基于FPGA的汽車(chē)電子設(shè)計(jì)

吳 彤，徐斐然

（西華大學(xué)，四川 成都 610039）

隨著當(dāng)前社會(huì)數(shù)字化技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，汽車(chē)產(chǎn)品也逐漸朝著電子化以及智能化的方向發(fā)展，因此在生產(chǎn)汽車(chē)的過(guò)程中將更多的電子技術(shù)融入到汽車(chē)系統(tǒng)當(dāng)中，而汽車(chē)的電子化程度也是當(dāng)前社會(huì)衡量汽車(chē)現(xiàn)代化標(biāo)準(zhǔn)的重要因素，在開(kāi)發(fā)新車(chē)型以及提高汽車(chē)實(shí)際性能過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用。在一些高檔汽車(chē)生產(chǎn)的過(guò)程中，大約有65%的生產(chǎn)成本被用到了汽車(chē)的電子設(shè)計(jì)上，因此想要將汽車(chē)技術(shù)進(jìn)行不斷的改革與創(chuàng)新，需要不斷加大對(duì)于汽車(chē)電子設(shè)計(jì)的研發(fā)力度。但是在實(shí)際發(fā)展過(guò)程中下相應(yīng)的汽車(chē)電子系統(tǒng)變得越來(lái)越復(fù)雜，整個(gè)系統(tǒng)各個(gè)零件的數(shù)量也在不斷提高，這就需要不斷提高汽車(chē)電子系統(tǒng)的實(shí)際使用性能。通過(guò)在汽車(chē)電子設(shè)計(jì)工作中采用FPGA，不僅顯著提高了設(shè)備的整體性能，而且降低了實(shí)際的生產(chǎn)成本，在設(shè)計(jì)的后期可以更加容易進(jìn)行變更操作，在未來(lái)FPGA也將成為汽車(chē)電子設(shè)計(jì)工作中較為理想的解決方案。

1 FPGA實(shí)際的含義

FPGA又可稱(chēng)為現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)列陣，是以PAL、GAL等可編程器件為基礎(chǔ)而發(fā)展的產(chǎn)物，是一種半定制電路。在其內(nèi)部主要由可配置米模塊、輸入輸出模塊以及相應(yīng)的內(nèi)部連線這3個(gè)部分組成。在實(shí)際使用過(guò)程中對(duì)于能耗較低、并且更加標(biāo)準(zhǔn)化，可利用其進(jìn)行反復(fù)編程，還可以在作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行模擬作業(yè)實(shí)驗(yàn)。

2 汽車(chē)電子設(shè)計(jì)過(guò)程中FPGA所起的具體作用

（1）在汽車(chē)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中所起的作用。通常FPGA相應(yīng)的器件都是采用Altera公司的產(chǎn)品，此種系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中可以很好的滿(mǎn)足指紋識(shí)別以及密碼鎖功能，還可以使汽車(chē)具備GPS導(dǎo)航、汽車(chē)的倒車(chē)影像以及車(chē)內(nèi)的攝像、車(chē)載電視等一系列功能，并且在此基礎(chǔ)上在汽車(chē)內(nèi)部設(shè)置了CAN總線控制接口，為后續(xù)的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工作打下了良好的基礎(chǔ)。在此系統(tǒng)實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程中，將相應(yīng)的處理器、儲(chǔ)存器以及I/O口集成到一個(gè)可編程的器件當(dāng)中，從而使其形成一個(gè)可對(duì)其進(jìn)行編程操作的片上系統(tǒng)。

（2）FPGA在汽車(chē)密碼鎖以及指紋識(shí)別功能當(dāng)中發(fā)揮的作用。這兩個(gè)功能主要是為了提高汽車(chē)防盜安全系數(shù)而設(shè)計(jì)的，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程總既可同時(shí)使用又可單獨(dú)使用，但是在單獨(dú)使用其中一個(gè)模塊式不會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生任何影響，想要對(duì)系統(tǒng)做出調(diào)整必須兩個(gè)模塊同時(shí)使用。通常在使用汽車(chē)密碼功能過(guò)程中需要選取六個(gè)數(shù)字作為密碼，在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中主要包括鍵盤(pán)設(shè)置、密碼驗(yàn)證以及最終的結(jié)果輸出這三個(gè)部分。在使用指紋識(shí)別功能時(shí)需要先通過(guò)相應(yīng)的指紋采集模塊進(jìn)行指紋的錄入工作，利用相應(yīng)的數(shù)據(jù)接口將數(shù)據(jù)輸入到FPGA器件當(dāng)中，進(jìn)行系統(tǒng)的預(yù)處理工作，通過(guò)對(duì)數(shù)字圖像的分析，提取圖像當(dāng)中的特征點(diǎn)，并將其與指紋庫(kù)當(dāng)中鄉(xiāng)音的指紋數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，然后再將結(jié)果輸出，此模塊在實(shí)際使用過(guò)程中需要以NiosII為基礎(chǔ)。

（3）FPGA在車(chē)載防盜系統(tǒng)當(dāng)中的應(yīng)用。在安裝汽車(chē)GPS系統(tǒng)時(shí)需要與其他車(chē)載信息裝置分離，放置在隱蔽之處，并且為其配備獨(dú)立電源。一旦汽車(chē)被盜，用戶(hù)可以利用手機(jī)或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備對(duì)汽車(chē)的GSM模塊發(fā)送相應(yīng)的短信指令，從而對(duì)汽車(chē)的實(shí)施坐標(biāo)進(jìn)行有效的定位，并且可以利用汽車(chē)內(nèi)部的攝像頭將汽車(chē)內(nèi)部的影像進(jìn)行捕捉，并且將影像利用GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給用戶(hù)，在一些無(wú)法接收GPS信好的地方可以通過(guò)移動(dòng)公司的GSM將汽車(chē)的大致位置定位出來(lái)。并且可以利用GSM模塊對(duì)汽車(chē)發(fā)送指令，從而控制汽車(chē)的繼電器，實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)、供油系統(tǒng)以及點(diǎn)火等設(shè)備控制的目的。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)在汽車(chē)電子設(shè)計(jì)工作當(dāng)中使用FPGA設(shè)計(jì)方案，有效實(shí)現(xiàn)了汽車(chē)電子的多個(gè)模塊進(jìn)行集中控制，極大程度提高了汽車(chē)電子設(shè)計(jì)的靈活性，減少了對(duì)于汽車(chē)電子設(shè)計(jì)的研發(fā)周期，簡(jiǎn)化了平時(shí)的維護(hù)工作，提高了整體的經(jīng)濟(jì)效益，與此同時(shí)將整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定性進(jìn)行了顯著的提高，為汽車(chē)系統(tǒng)的升級(jí)工作提供了極大的便利，因此未來(lái)FPGA在汽車(chē)電子設(shè)計(jì)工作當(dāng)中所起到的作用也將越來(lái)越明顯。