FPGA：下一代汽车设计的基本构建模块

Latticesemi 2024-03-20 15:39

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汽车科技方兴未艾。

几年前，围绕全自动驾驶的讨论声势浩大，然而现实汽车世界的技术发展趋于平静。现在人们更加务实，希望探讨哪些技术现在更能为汽车带来有意义的价值，以及哪些技术的发展尚需时日。更重要的是，市场越来越认识到将更先进的技术引入汽车是多么重要。

汽车领域发展的主要受益者之一就是FPGA。多年来，这些可编程芯片一直为汽车提供一系列关键功能。随着日益复杂的汽车电子产品的兴起以及人们对软件定义汽车的持续关注，FPGA的机会正在增加。

由于其非常灵活的特性，FPGA可以在多个汽车子系统中提供多种类型的功能，包括车载信息娱乐系统、高级驾驶辅助系统（ADAS）以及混合动力和电车的充电系统。基于FPGA的产品具有多种功能，例如充当不同类型传感器之间的互连桥接、显示器连接和缩放、高速SERDES链路、安全可信根、目标检测等功能，是现代汽车必不可少的构建模块。

通过AI和传感器桥接实现现代汽车功能

在汽车信息娱乐系统中，FPGA可以帮助驱动和扩展各种尺寸和分辨率的多个显示器，从而实现购车者所期待的类似“车轮上的计算机”的体验。FPGA能够驱动DisplayPort和MIPI等高速视频接口，并在它们之间进行桥接，使汽车设计人员能够更灵活地从各种类型的显示器供应商和组件中进行选择。它们还有助于实现我们开始在现代驾驶舱中看到的高度可视化环境。此外，基于FPGA的功能（如局部调光）可以使所有这些屏幕在车内不断变化的光线环境中看起来更清晰、画质更高。

随着汽车内的电子器件从多达百个或更多互连ECU（电子控制单元）组成的复杂网络发展为更小但更强大的区域架构，FPGA在围绕这些区域架构传输数据和信息方面发挥重要作用。事实上，FPGA的高速数据传输功能利用了FPGA的集成SERDES等技术，同时功耗较低，有助于实现这些新型架构。

对于高级驾驶辅助系统，FPGA提供了几个重要功能。首先，它们能够将多种类型的数据传感器连接在一起，包括摄像头、雷达、激光雷达等。很多人认为，在辅助驾驶和最终的自动驾驶方面取得重大进展的唯一方法是使用传感器融合技术，将这些不同的馈送数据聚合到一个单一源，进而做出关键的驾驶决策。莱迪思半导体的莱迪思CrossLink-NX™等FPGA在这一过程中可以发挥至关重要的作用。

对于混动和纯电动汽车（EV），FPGA提供了连接电池组和充电器以及充当电源逆变器的基本功能。FPGA的AI功能也开始用于更先进的数字驾驶舱设计来实现驾驶员监控等功能，确保驾驶员保持清醒和警觉状态。

提供汽车安全保障

软件定义、计算机驱动和自主驾驶的车辆固然令人兴奋，但它也带来了显着的安全风险。这时FPGA可以派上用场。莱迪思MachXO3D™ FPGA等产品的快速启动和集成的安全功能使其非常适合在汽车中实现硬件可信根功能。这些FPGA除了用于关键的数据中心和电信设备，它们也可以用于连接性越来越强且可能容易受到攻击的汽车领域。这对汽车尤为重要，因为恶意软件、病毒、机器人攻击和其他攻击媒介可能会导致计算环境中的数据丢失，而在汽车中，这可能会导致生命财产损失。

此外，ISO 26262是产品需要满足的汽车应用功能安全（FuSa）国际标准。莱迪思Diamond™设计流程软件工具已通过ASIL-D认证，能够设计出功能安全的产品，并集成到车辆中。

易于使用、可定制的汽车解决方案

使用正确的硬件固然重要，但要使FPGA在汽车市场中发挥作用，关键在于使用合适的软件工具来定制这些可编程设备。虽然FPGA在汽车等复杂的系统设计中展现出高效、灵活的特点，但这些芯片在针对特定应用进行编程和定制时也充满挑战。

为了解决这些问题，莱迪思提供了一整套先进的编程工具。其中包括Lattice Radiant®、Lattice Propel™和Lattice Diamond™设计环境和工具，帮助客户构建集成到FPGA中的电路设计。此外还包括Lattice Drive™汽车专用解决方案集合。在芯片编程方面，需要注意的是，莱迪思工具支持开发符合ASIL-D等关键汽车安全可靠性标准的芯片。莱迪思Drive包括了各种硬件平台与预构建的IP核（如DisplayPort接收和发送功能以及视频缩放），这些IP可用于其芯片设计应用。这大大简化了汽车设计中FPGA相关功能的开发。莱迪思还拥有许多硬件参考设计，可作为汽车应用的设计起点。最后，对于更高级的项目，莱迪思还提供定制设计服务和强大的设计合作伙伴生态系统，汽车公司和供应商可以利用这些服务来构建他们需要的组件。