加速客制化功能实作 FPGA打造独特驾驶体验

现场可编程闸阵列(FPGA)成车用电子系统差异化新利器。FPGA具备高度设计弹性与扩展性，可让汽车电子设计人员根据应用需求自由配置关键处理单元，并整合各种类比电路、收发器、周边及演算法，从而开发出别具特色的新功能，创造不同于以往的驾驶感受。

现场可编程闸阵列(FPGA)成车用电子系统差异化新利器。FPGA具备高度设计弹性与扩展性，可让汽车电子设计人员根据应用需求自由配置关键处理单元，并整合各种类比电路、收发器、周边及演算法，从而开发出别具特色的新功能，创造不同于以往的驾驶感受。

汽车将驶向何方呢？智慧型手机等多种装置都是具有连结能力的消费性电子产品，并且这些装置都可连接到云端，往后这类产品还会更多。与云端的连结可进一步增强资讯的获取和传输，实现巨量资料(Big Data)分析和即时资讯运用，且资讯不是以“通用”回应的形式传输，而是具有个性化，这是今后的主要发展趋势。

驾驶者能够选择不同的表现形式、自己的喜好，以及其他人机介面(HMI)变化来设置“他们”的介面，这是一种客制化体验，驾驶者不但能够设置希望展现的风格，同时汽车也越来越能适应环境，会根据以前的经验和云端资料提供预测性的建议。前面提到的特性更多的是针对用户体验，而更高的安全性也是要优先考虑的。

实现多模组整合　FPGA增进系统布建弹性

复合式前向视觉和其他感测器资讯等预防性安全应用，为防止碰撞、车道维持以及紧急煞车系统提供了稳定且可靠的资讯。摄影机提供了四周视角资讯，警告驾驶者在交叉路口或者盲点范围内可能出现的危险。这些增强功能不但提高了安全性，而且还可节省能源，例如消除后照镜的风阻效应。汽车的基本功能仍然是让人们从一个地方到另一个地方，但是往后人们的开车时光将会更轻松、愉快且具备更高效率，确保乘客得以安全到达目的地。

汽车中的电子零件越来越多，要满足这些新出现的需求会遇到很多系统挑战。以往是在系统层级，或者透过电子控制单元(ECU)来解决挑战；未来系统整合以及透过网路共用资料将更为重要，这不仅仅是从智慧能力的角度出发，而且还须考量到成本甚至是重量等要求。

对于这些系统的设计人员而言，与建构模组化特定应用标准产品(ASSP)或者功能固定的特定应用积体电路(ASIC)相比，现场可编程闸阵列(FPGA)能够提供非常独特且灵活的解决方案。FPGA支援设计人员根据自己的特殊需求，可自由的在架构中画分中央处理器(CPU)和硬体加速功能，以平行的方式在架构中放置关键处理单元，可以实现大传输量、低延时和确定性延时特性，非常适合对安全性、系统干预以及导航/自动驾驶判断等有要求的关键系统。

系统能够灵活的实现，可以直接在需要的地方建构功能安全(ISO 26262)，而安全微控制器(MCU)只能监控资料在晶片上的输入输出。对于FPGA，则可以在需要的任何地方放置内置自测试(BIST)、诊断和检查，甚至是备援功能。

整合也是实现更小、更轻、成本更低系统的关键因素。FPGA不仅仅是逻辑闸阵列，进一步的研究显示，它实现了处理器、收发器、周边(例如，CAN控制器)，甚至是类比模组的整合。在逻辑闸阵列部分，不仅有简单的逻辑闸，而且还包括了嵌入式记忆体和数位讯号处理器(DSP)模组。

上述整合具有两方面的优点，首先提供共用模组可协助设计人员节省时间，最佳化硬体的实现；其次，电路板上不再需要其他元件来实现这些功能，因此可节省空间、成本以及功率消耗。

与整合相关的是可扩展性，FPGA一般具有“纵向移植”功能，通用硬体接脚布局可适应于小型、中型和大型逻辑密度的元件。如此一来，在基本、中阶和高阶汽车中可以使用一个共用平台，一片共用印刷电路板(PCB)，然后由适当容量的FPGA元件实现某款车型应用所需要的特性。在某些情况下，一旦有需求，纵向移植还支援收发器等更多的特性。

FPGA实现了系统的特殊功能，并使竞争优势突出。如果所有的系统都是由特殊的ASSP所构成，系统的性能和特性将受到限制，所有系统彼此之间也会非常相似。采用FPGA，具备独特的演算法及其实现方法最为重要，也是系统性能的关键。因此，系统便能在竞争者之中脱颖而出，完成其他系统所不具备的功能。

FPGA同时解决软/硬体更新

最后，让我们想像一下设计的生命周期，以及当前需求的快速变化。人们购买汽车总是希望能够使用五年，甚至是十年，因此，汽车电子设计要跟上趋势所面临的挑战，在于如何保持系统处于最新状态，并不断更新实现最新安全功能和其他技术，包括那些由政府强制要求的功能。

更新软体是一种方法，使用模组化设计，可以更换子系统模组。但软体更新同时也具有限制，而更换硬体模组的成本会很高。利用FPGA的现场可程式化特性，可以同时实现软体和硬体(逻辑)的更新。例如，可以透过云端服务，在“空中”实现这些更新，把系统更新到最新的状态下，实现安全演算法；或者增强功能，解锁某些新特性，让驾驶者享受更舒适的驾驶体验。在汽车系统设计中，FPGA的远端更新特性和灵活性拥有诸多优势。