FPGA技术在汽车电子领域的结合应用，成就了汽车电子系统

FPGA

FPGA（Field Programmable Gate Array）是在PAL、GAL等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

下面来介绍一下FPGA技术在汽车电子领域的结合应用；

FPGA又被称为现场可编程门阵列，由于其具有运行稳定、安全可靠、操作简单等特点，已经被人们广泛应用到汽车电子设计当中。在汽车电子设计工作当中，采用FPGA技术，能够为设计人员提供更多的低成本方案，减少安全事故的发生，降低企业的经济损失。鉴于此，一般主要研究FPGA技术在汽车电子当中的应用，保证我国汽车企业能够更加快速的发展。

FPGA 的相关概念与图形化编程

FPGA技术主要以PAL、GAL与CPLD等三种编辑器为基础衍生出来的产物，在专用集成电路当中，其属于一种半定制电路，对定制电路具有一定的保护作用，当编辑器件中的门电路发生故障时，FPGA能够有效保证系统的稳定运行。根据大量的实验数据表明在车载测试当中，采用FPGA技术，能够进一步提高汽车电子系统的可靠性。

汽车电子设计人员在实际工作当中，需要熟悉掌握系统汽车内部各个硬件的使用情况与相关设计语言，将汽车车载的相关设计语言进行图形化编程，能够有效降低企业的设计成本，满足汽车电子系统安全运行的要求。

在汽车电子系统当中，利用直观的图形化FPGA编程，能够帮助工作人员更好的开发新产品，节约系统运行成本。例如，在汽车电子系统当中，运用LABVEEW FPGA图形编辑时，能够帮助工作人员更加直观的掌握系统的运行动态，既提高了工作人员的工作效率，又能够节系统的运行时间，为汽车电子系统的稳定运行打下一个良好的基础。汽车电子系统设计人员在实际工作当中，可以将图形开发现场中的各个编程输入到相应的软件当中，该软件又被称为自定义软件。采用这种方法，能够减少编程数据的错误率，帮助设计人员更好的监测系统的运行情况。当汽车电子系统升级时，相应的软件也要随之不断升级，保证汽车电子编程数据的精确性，从而保证设计人员的工作质量。

FPGA 技术的应用范围

目前，我国汽车电子系统测试当中，车载数据采集系统是比较常见的系统之一，其主要功能是记录汽车系统内部出现的传感信号

将FPGA应用到车载数据采集当中，能够保证系统中的数据有效处理，提高了车载数据的利用率。常用的车载数据采集技术主要包括车载信号的采集与处理。另外，在车载数据采集技术中应用FPGA，还能够及时处理系统中出现的“高级信号”。对于底层的信号数据来说，由于其内部的信号处理较多，要求具有较强的处理速度，与其他数据处理技术相比，FPGA技术能够保证数据的安全性，提高了数据的处理效率。

在现代汽车电子系统当中，一般的硬件在环仿真具有至关重要的作用，硬件在环仿真主要指的是在虚拟环境中，将系统中的硬件进行有效组合，帮助设计人员更好的掌握汽车电子系统中的内部运行状态。将FPGA应用到硬件仿真当中，能够有效提高汽车的运行速度，以便于工作人员更好的检测汽车电子系统运行情况，也会缩短汽车电子系统的开发周期，有效减少设计成本，提高汽车的生产质量。在汽车电子系统当中，为了保证系统能够更加稳定的运行，采用FPGA具有非常重要的作用。

由于FPGA主要PAL、GAL与CPLD等三种编辑器发展得来。FPGA技术本身也具有强的逻辑性，当汽车电子系统当中的逻辑单元较多时，采用FPGA技术，能够将这些逻辑单元准确排列，提高汽车电子系统中逻辑单元的利用率。在汽车电子系统当中，车载数据的有效采集具有非常重要的作用，而采用FPGA技术，能够有效提高系统的数据信号处理能力，为汽车电子系统提供保证。

除此之外，在汽车电子系统当中，该便携式车载数据采集系统的应用范围比较广泛，可以应用在汽车电子实验室与车速测试场中

为了有效保证系统的运行效率，设计人员需要选择合理的车载模块与内部的运行程序，满足汽车试验的各项要求。在保证车载数据采集系统稳定运行的基础上，设计人员还要随时掌握外界温度情况，并结合外界温度的实际情况，选择合理的运行程序与车载模块。

在汽车电子系统当中，设计人员还要安装Lab VIEW应用程序，该程序能够将系统进行有效整合，并将系统数据直接输出到计算机系统当中，进一步保证了汽车电子系统数据的精确性。

为什么智能汽车用到的FPGA越来越多

以智能化、电动化、网联化、共享化为代表的汽车“新四化”时代，正在加速推进汽车行业技术和架构的快速演进。 例如，传统的分布式方案将被集成式方案取代，包括ECU、传感器在内的硬件会得到高度整合；汽车OEM会更关注客户在接口软件层面上的创新，以及为终端客户提供差异化产品的能力。

同时，电动汽车、自动驾驶、高级驾驶辅助系统(ADAS)和车载信息娱乐系统等市场需求的猛增，也大大增加了OEM厂商对汽车系统电子组件的依赖。根据德勤(Deloitte)的预计，到2030年，电子系统将占据新车成本的45%左右。

但可能有一些不太被了解的事实是，FPGA在当今最新的汽车设计中发挥着至关重要的作用。对于技术先进的汽车来说，采用多达10-12片FPGA的情况并不少见，它们通常是不同类型的，并执行一系列重要功能。

例如在智能座舱领域，仪表板、信息娱乐系统和屏幕显示正趋向高度集成，屏幕上需要展示的内容不仅日趋丰富，消费者还希望获得更高色域、更高对比度的显示质量。同时，车载视觉系统和人工智能技术也被大量应用于驾驶员状态监测系统(DMS)、手势识别、语音控制和车舱内监控系统(IMS)应用中。于是，很多车厂目前都在利用低功耗FPGA具备的可编程、并行处理能力强、功耗低、散热少的特点，加速引入相关FPGA平台。

而在高级驾驶辅助系统应用中，最新数据显示，一辆L3级别的自动驾驶车辆将至少配置16个以上的各型传感器，由于主处理器需要连接不同的传感器接口进行数据处理，而且汽车接口也尚未实现真正标准化，所以利用FPGA的可编程特性对不同传感器进行聚合/桥接，或是实现I/O接口扩展，也是新趋势之一。同时，考虑到汽车平台的开发可能需要5-10年的时间，方案是否具备可拓展性也左右着用户的选型决心。

另一个值得关注的领域来自电动汽车，尤其是伴随着碳化硅等宽禁带半导体的广泛使用，传统DSP甚至多核DSP控制的精度越来越难以满足汽车行业对驱动控制的时效和正确度要求的提升，而FPGA作为替代方案正在被大量使用。

安全性和可靠性对于任何汽车应用都至关重要 。伴随车内越来越多传感器、自动控制和网络连接的出现，系统遭受恶意攻击的概率大幅增加，OEM厂商必须要能够即时检测到漏洞并防止网络攻击，还需要电子系统能够在严酷的环境中稳定安全运行。对半导体器件来说，增加硬件安全引擎，使之能够在遭到未经授权的访问时对固件进行保护、检测和恢复，就显得更为关键。

为此，莱迪思日前面向车载信息娱乐(IVI)系统高速视频互连、5GbE车载网络(IVN)和ADAS传感器数据处理等应用，推出了拥有领先的低功耗、高性能以及同类产品最小尺寸的CertusPro-NX汽车级FPGA系列产品。

作为Nexus家族的第四款产品系列，自面世以来，CertusPro-NX一直被莱迪思视作主流FPGA市场的“新标杆”，无论是功耗设计、系统带宽、边缘处理，还是可靠性、封装多样性等多个方面均得到了大幅提升，ADAS系统中的传感器接口桥接、智能系统中的数据协同处理、5G通信基础设施中的高带宽信号桥接等创新应用均将因此获益。

与竞品相比，CertusPro-NX汽车级器件不仅拥有行业领先的能耗效率和可靠性，还在超小的封装尺寸中提供了行业最佳的系统带宽，且是同类产品中唯一支持LPDDR4外部存储器的FPGA产品。 CertusPro-NX汽车级器件支持高达8.1Gbps的SERDES、高达96k的逻辑单元，拥有同类产品中最多的片上存储器资源，从而实现的高效处理。

事实上，这并不是莱迪思在汽车领域的首次尝试。面向汽车照明、信息娱乐系统和远程信息处理等通用需求的ECP/Certus系列，专为高速视频和传感器优化的CrossLink系列，以及为汽车设计中的平台管理和安全应用打造的MachXO系列，构成了莱迪思汽车解决方案的三大模块化硬件平台。再辅之以Radiant/DIAMOND/Propel设计环境，和mVision、Automate和sensAI解决方案集合，一个完整的“模块化硬件平台+参考设计+神经网络IP核+定制设计服务”矩阵呼之欲出，汽车相关系统的设计流程、上市时间正得以加速和简化。

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