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

　　集成了數(shù)據(jù)通信，定位服務(wù)和視頻娛樂的高端汽車信息娛樂系統(tǒng)需要高性能的可編程處理技術(shù)，其最佳實(shí)現(xiàn)方法是在主流汽車信息通信系統(tǒng)構(gòu)架中集成FPGA協(xié)處理器。本文講述汽車娛樂系統(tǒng)的需求，討論主流系統(tǒng)構(gòu)架，以及FPGA協(xié)處理器是如何集成到軟硬件體系中，以滿足高性能處理、靈活性和降低成本的要求。

　　娛樂電子消費(fèi)已經(jīng)成為區(qū)分豪華轎車的標(biāo)志之一，推動了汽車性能的快速發(fā)展，設(shè)計(jì)者必須在性能，成本和靈活性上進(jìn)行綜合考慮。高端應(yīng)用包括衛(wèi)星電話，后座娛樂，導(dǎo)航，各種音頻回放，語音合成、識別以及其他新的應(yīng)用。

　　帶動汽車娛樂系統(tǒng)發(fā)展的核心技術(shù)同先前的汽車應(yīng)用有顯著的不同。不同于其他領(lǐng)域的汽車電子消費(fèi)，這些娛樂應(yīng)用要高度的可視化，并且需求變化很快。此外，過時(shí)的娛樂系統(tǒng)將是新車賣不動的主要原因，也是汽車轉(zhuǎn)售和租賃的主要障礙。

　　傳統(tǒng)的汽車電子消費(fèi)主要滿足一般標(biāo)準(zhǔn)，例如長的換代周期，低成本和長期的溫度要求。這些要求也是汽車娛樂系統(tǒng)所需的。在汽車設(shè)計(jì)上，設(shè)計(jì)者面臨長換代周期中經(jīng)歷系統(tǒng)性能快速發(fā)展的挑戰(zhàn)，而不再是長換代周期中的小改進(jìn)。新的需求使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)必須具有靈活性和很好的性能表現(xiàn)，而這在基于專用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品(ASSP)的傳統(tǒng)應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)架中是無法實(shí)現(xiàn)的。

　　現(xiàn)在的基本車內(nèi)娛樂系統(tǒng)要求能夠支持具有圖形人性界面的平面顯示系統(tǒng)，能夠顯示動態(tài)地圖和汽車信息。這種系統(tǒng)圍繞高度標(biāo)準(zhǔn)化的微處理器實(shí)現(xiàn)，周圍是各種標(biāo)準(zhǔn)接口和支持低端圖形處理的簡單硬件加速設(shè)備。它雖然以非常低的成本滿足了中等汽車娛樂系統(tǒng)的市場需求，但是可以擴(kuò)展到頂級豪華轎車的高端應(yīng)用上。頂級應(yīng)用包括視頻圖像和通信。各種支持這些應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)(視頻：MPEG2，MPEG4，H.264；通信：GSM/EDGE，WCDMA，1xEVDO，衛(wèi)星電話，衛(wèi)星電視，數(shù)字視頻廣播和WiFi)均基于多種信號處理算法。這些算法要求非常高的可編程處理能力。現(xiàn)在有三種半導(dǎo)體技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)這些非常復(fù)雜的算法。

　　這三種技術(shù)是可編程數(shù)字信號處理器(DSP)，專用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品(ASSP)和現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)。DSP為信號處理應(yīng)用提供了性能很高的可編程處理器。DSP處理器非常靈活，功耗低，成本效能高，但是缺乏硬件加速能力，無法為現(xiàn)在的尖端圖像處理和無線通信算法提供所需的計(jì)算功能。ASSP通常含有DSP處理器，為單個視頻或通信標(biāo)準(zhǔn)提供較好的解決方案，但是不能通過編程來實(shí)現(xiàn)不同的標(biāo)準(zhǔn)要求。而FPGA同時(shí)具有很高的信號處理能力和可編程能力，能夠滿足很多標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用場合的要求。與其他兩種技術(shù)不同，高性能、靈活的FPGA技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)各種可能的算法。

　　前面所講的信息通信系統(tǒng)需要額外的處理芯片以滿足高端應(yīng)用。這些芯片一般是在存儲器或視頻處理總線上集成了處理器的ASIC和ASSP，成為專用協(xié)處理器。FPGA應(yīng)用上的強(qiáng)大之處在于對這種專用硬件的替代。FPGA和處理器配合使用，一般稱為FPGA協(xié)處理器。以這種方式使用FPGA可以使新的專用加速器按需求下載到FPGA里，應(yīng)用于任何高性能場合中。在高級軍事多標(biāo)準(zhǔn)無線電中，這種概念被廣泛采用，稱為軟件無線電(SDR)。SDR系統(tǒng)中，一個簡單的無線單元以“一鍵式”方式自動適應(yīng)不同的無線標(biāo)準(zhǔn)，可以應(yīng)用于面向未來的裝備中。這種方式還減少了處理器的數(shù)量，這些處理器在系統(tǒng)執(zhí)行不同任務(wù)時(shí)，往往處于空閑的狀態(tài)。軟件無線電技術(shù)可以應(yīng)用于汽車市場的通信和視頻領(lǐng)域。

　　FPGA在視頻處理和無線連接上的靈活性同樣可以降低成本，提高系統(tǒng)價(jià)值。現(xiàn)在的基本構(gòu)架需要為每個新的視頻編解碼器或者無線標(biāo)準(zhǔn)附加ASSP。以一個FPGA代替多個ASSP可以減少系統(tǒng)必須配置的各種體系結(jié)構(gòu)，延長汽車的使用壽命。在基本車內(nèi)娛樂系統(tǒng)構(gòu)架中擴(kuò)展使用FPGA可以使單個高端平臺通過編程滿足寬視頻和無線標(biāo)準(zhǔn)的要求。這同樣可以應(yīng)用于高級汽車娛樂系統(tǒng)系統(tǒng)中。