FPGA在汽車電子的發展前景探討

【摘 要】本文主要介紹了基于FPGA在汽車電子領域的一些發展情況，并對這些領域的發展前景進行了一些探討，指出

FPGA技術在未來汽車電子設計中的重要作用。

【關鍵詞】FPGA；汽車電子

隨著數字技術的進步，汽車開始向電子化、多媒體化和智能化方向發展，越來越多的電子技術應用到汽車系統，汽車電子化的程度是衡量現代汽車水平的重要標志，是開發新車型、改進汽車性能最重要的技術措施。FPGA技術在汽車電子領域也有它廣泛的應用舞臺。由于具有極強的實時性，使其對話音進行實時處理成為可能；由于它是通過面向芯片結構指令的軟件編程來實現其功能的，因而僅修改軟件而不需改硬件平臺就可以改進系統原有設計方案或原有功能，具有極大的靈活性；FPGA芯片并非專門為某種功能設計的，因而使用范圍廣、產量大、價格可以降到很低。所以FPGA在汽車電子系統中大量應用，將會極大地促進汽車電子技術的發展。本文介紹了幾種常用的FPGA技術在汽車領域的一些發展情況。

一、基于FPGA的汽車電子設計

（1）基于FPGA的GPS+GSM雙重車載定位系統設計。改系統充分利用了FPGA強大的邏輯控制功能和NiosⅡ處理器的多可配置標準外設接口功能，結合GPS和GSM功能模塊，設計了一款雙重定位系統。通常情況下用GPS進行定位，在特殊情況下可以開通GSM網絡定位功能實現雙定位，再通過GSM網絡將定位信息、時間和終端特殊信息傳送到監控中心，或者接收監控中心傳來的信息，完成定位和監控等功能。定位終端系統的硬件由一塊FPGA芯片和GPS模塊，GSM模塊，外部存儲SDRAM，FLASH，SRAM，LCD及控制模塊等組成，其結構框圖如圖1所示。FPGA芯片主要實現NiosⅡ軟核處理器、片上存儲器和各種接口驅動等功能，其包括NiosⅡ系統和外設兩部分。NiosⅡ系統包括NiosⅡ處理器、存儲器、定時器、串行接口、并行接口和連接各個組件的Avalon交換結構總線。其中GPS_UART和GSM_UART分別實現與GPS和GSM模塊的串行通信，LCD控制器實現與人機交互模塊的連接。

圖1 車載定位系統硬件結構框圖

（2）GPS導航模塊。構建GPS導航系統需GPS天線、接收模塊、存儲器、處理器、相應的控制按鍵和地圖LCD顯示設備。為了提高開發周期，系統直接采用GARMIN公司的GPS25 OEM開發板，它與FPGA開發板的連接電路如圖2所示。

圖2 GPS25和FPGA連接圖

（3）基于DSP和FPGA的車用語音信號處理。汽車電子產品中的語音處理主要涉及到語音的數字化處理、語音編解碼、語音壓縮和語音識別。國外比較熱門的汽車電子產品之一就是語音識別系統，語音識別系統具有潛在的應用前景，包括聲控電話、語音操作導航、聲控選擇廣播頻道、防盜語音鑒別等。例如，一種基于隱式馬可夫模型（HMM）的與講話人無關、100條指令識別的應用，由文獻可知，那么聲學HMM模型的大小將為。進行包括輸入語音采樣的細分/開窗、MFCC提取、概率計算和Viterbi搜尋等適時處理，對DSP的運算量要求一般為10000萬次乘加（MAC）運算。對于連續語音信號的識別，則要求更好的數字信號處理速度和更大的存儲空間。由于語音識別系統要對聲音進行實時處理和采樣，需要大量的運算，如果以它們20的計算資源分配用于1000萬次MAC語音識別應用，那么需要處理器能夠具有5000萬次MAC的能力。因此，必須采用DSP和FPGA才能完成其任務。DSP和FPGA的處理速度對語音信號處理應用系統的復雜性和性能起著決定性作用，高速DSP和FPGA的實現可實現聲道自適應和聲域自適應等現代語音處理和識別技術。從理論上講，DSP和FPGA處理速度越快，汽車語音處理和識別產品的應用性能就越好。

二、結語

FPGA實現汽車電子的多模塊集中控制，增強汽車電子設計的靈活性，縮短開發周期，降低成本，縮小電子系統在車內所占用空間，同時提高了系統的穩定性和易維護性，方便系統升級。因此在未來汽車電子設計中FPGA必將有突出表現。

參 考 文 獻

[1]徐志軍.EDA技術與VHDL設計[M].北京：電子工業出版社，2009

[2]江國強.EDA技術與應用[M].北京：電子工業出版社，2007

[3]吳翠娟，陳曙光.EDA技術[M].北京：清華大學出版社，2009