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)

　　一個前沿的汽車娛樂系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)實例已經(jīng)由Delphi Delco電子系統(tǒng)公司出版。該平臺利用標準的SH-4微處理器和一個協(xié)同ASIC，日立的HD64404“Amanda”外設12,，滿足了80％的中等汽車市場的基本功能需求。該系統(tǒng)提供了一個具有標準API層的通用控制處理器，將硬件外設和協(xié)處理器分離。協(xié)同ASIC提供了外設和集成圖形處理器的基本功能。圖形處理器支持圖形和比例函數(shù)的交互，但是不能實現(xiàn)視頻編解碼器功能或其他的DSP應用。該系統(tǒng)為所有的娛樂應用提供了基本功能，但仍需為視頻編解碼器和無線通信功能附加ASIC和ASSP。

　　Delphi體系中的Amanda協(xié)同芯片采用雙處理總線，Piexl總線用于視頻處理等高性能數(shù)據(jù)流，而Register總線進行控制應用。這兩個總線都連在SH-4 MPX總線和一個外部存儲接口上?？偩€和存儲接口的結(jié)合使用為基于FPGA協(xié)處理器的無線通信平臺和靈活的視頻編解碼器提供了理想的接口。

　　協(xié)處理技術(shù)將FPGA和控制器或者DSP處理器緊密結(jié)合，使它們不再陷于主要的算法過程，而將標準的程序接口駐留在控制處理器中。這種集成方式非常適用于主要數(shù)據(jù)流或者算法駐留在FPGA或相關(guān)存儲器的情況。算法由控制處理器產(chǎn)生的低速控制信號進行控制。
這種體系結(jié)構(gòu)可以應用于無線通信，以單個FPGA支持GSM/EDGE，WCDMA，1xEVDO和各種802.11協(xié)議中的數(shù)字處理。否則，對每一個標準都需要特定的硬件設計，從而增加了成本，限制了應用范圍。

　　此外，F(xiàn)PGA協(xié)處理技術(shù)，可應用于圖象處理，能夠以單個FPGA支持包括MPEG2，MPEG4和H.264在內(nèi)的多路視頻編解碼器。實際上，可以同樣采用無線通信技術(shù)中使用的FPGA。

　　FPGA協(xié)處理器通過基于直接內(nèi)存讀寫(DMA)的接口，集成在處理器系統(tǒng)中。嵌入式處理器的軟件層對每一個協(xié)處理器都有應用接口，通過適當?shù)膽脜f(xié)處理器，將初始化程序?qū)懭氲紽PGA中。一旦初始化完成后，軟件調(diào)用協(xié)處理器控制參數(shù)，時序和輸入、輸出數(shù)據(jù)流。根據(jù)采用的不同標準，在FPGA協(xié)處理器和控制處理器之間可能需要高級的通信對話，也可能FPGA協(xié)處理器單獨進行工作，在這種情況下，控制處理器簡單的將算法加載后，便不再參與處理過程。

　　每個加載到FPGA上的程序都必須同周圍系統(tǒng)緊密結(jié)合。采用FPGA進行編程，需要一個定義好的系統(tǒng)接口，每個基于FPGA的加速器通過它進行通信。一般而言，F(xiàn)PGA需要多個接口連接到控制處理器，存儲器和別的外設或者連接器上。FPGA也可以同時有幾個協(xié)處理器，共享一個控制處理器接口。每個外設或者協(xié)處理器可以有附加總線，進行高性能的數(shù)據(jù)流處理。

　　視頻編解碼器具有相應的輸入和輸出。Delphi體系結(jié)構(gòu)的視頻輸入接口是Amanda協(xié)同ASIC的一部分，對視頻流采用ITU-R BT.656接口標準?？梢赃M行后級處理，使用ASIC以適用于不同的顯示屏。FPGA可能需要連接到另外兩個總線上，即存儲器總線和主控制器的PCI/MPX總線，它們都與協(xié)同芯片相連。通過這三個連接，由存儲接口實現(xiàn)寬帶通信，PCI/MPX總線實現(xiàn)控制通信，這樣，F(xiàn)PGA可以支持視頻和通信應用。

　　FPGA為協(xié)同主處理器工作的專用處理體系提供了一個可編程平臺。FPGA程序與標準處理器體系的程序有根本不同。FPGA提供了可編程邏輯單元，布線，DSP處理模塊，存儲器和I/O的高性能硬件結(jié)構(gòu)。FPGA的體系結(jié)構(gòu)運行起來同標準的ASSP非常相似，都是通過軟硬件開發(fā)工具設計實現(xiàn)系統(tǒng)的特定功能。這些開發(fā)工具輸出的二值圖樣裝入到FPGA中后，定義了所有可編程邏輯單元，布線，DSP處理模塊等的功能。二值圖樣在系統(tǒng)運行時，由主處理器加載。可以產(chǎn)生各種程序圖樣以支持MPEG2，MPEG4，H.264，GSM/EDGE，WCDMA，1xEVDO，GPS，3D圖形加速器或者任何其他可用于汽車信息通信系統(tǒng)的算法。根據(jù)娛樂系統(tǒng)中不同的用戶菜單選項，專用程序由主處理器下載到FPGA中，并處于主處理器的控制之下。