基于FPGA的汽車電子設計分析

安徽省馬鞍山工業學校 楊萬仙

基于現代電子技術的汽車電子系統，在當前眾多汽車架構中都有著十分廣泛的使用，其可以使得汽車電子設計朝著更加靈活化的方向發展，繼而滿足快速設計的基本訴求。尤其是FPGA（現場可編程門陣列）的出現，使得汽車電子設計解決方案朝著更加高效化的方向發展，引領著汽車電子設計。本文首先概述了EPGA的概況，接著結合實際汽車電子設計案例，分析EPGA在汽車電子設計環節中的運用。

一、EPGA概況

現場可編程門陣列，是在傳統PAL，CPLD，GAL等可編程器件基礎上創新發展而來的，其充分利用數字集成電路的優勢，依靠存儲器，處理器，邏輯器件的基本架構，可以為各種特定用途的設計工作提供服務。相比較傳統的設計期間，其規模更加龐大，集成度更高，數字化效能明顯，可以進行反復編程操作，實現了開發周期的縮短，使用成本也比較低，甚至可以進行在線校驗，由此成為很多領域產品生產和原型設計環節的重要輔助工具。

二、EPGA在汽車電子設計中的有效使用

EPGA在不同的汽車電子設計情境中，可以發揮自身完全不同的效能，由此在實現該工具使用的時候，就需要做到具體問題具體分析。從當前實踐應用案例來看，汽車電子設計中EPGA的使用，主要可以歸結為如下幾個方面：

圖1 GPS+GSM雙重定位的基本設備

（一）車載定位系統設計中的使用

車載定位系統是現代汽車系統架構的重要節點。隨著人們對于汽車性能要求的提升，車載定位系統的精確性，成為眾多消費者關注的焦點。由此提供更加精確的車載定位系統設計方案，就成為汽車電子設計師普遍關注的焦點。在一款高智能汽車系統研發的時候，設計需求對于車載定位系統的精準性提出了更高的要求，此時就要求設計人員去尋求更加理想的定位手段，以保證實際定位的精確性。在綜合考量之后，實際的設計方案如下：融合FPGA和GPS+GSM技術的優勢，實現雙重定位系統的設計，以保證實際的車載定位系統處于高精度的狀態。本次設計方案中，首先充分肯定了EPGA的邏輯控制能力，認為其可以很好的成為車載定位系統的核心，再者NiosII的外接口符合多種配置標準和規范，這使得其呈現出良好的延展性。而GPS+GSM技術模塊的融合，可以實現更加有效的定位，兩者之間的協作，可以使得雙重定位價值得以全面發揮，并且在GSM網絡傳輸和接收的過程中，更加快捷的獲取監控數據和信息，這將成為開展實際實時定位和監控功能開發的重要技術手段。圖1為GPS+GSM雙重定位的基本設備。本次的系統設計需要的硬件設備主要包括：外部存儲器，LCD設備，GPS模塊，GSM模塊，控制模塊，EPGA芯片。詳細來講述，EPGA芯片主要包括：接口的驅動，存儲器，軟核處理器，處理器系統這四個部分。

（二）電子機械制動系統設計中的運用

汽車電子機械制動系統的運作原理比較復雜，其需要保證在剎車環節中踩下制動板，此時通過電子感應可以獲取到加速度，力度大小，位移的相關信息，由此可以準確的判定駕駛人員的想法。也就是說在此過程中制動的指令需要通過各種模塊實現轉化，依靠電控單元，確定對應的信息，由此獲取電控單元的傳輸信號，傳輸信號在隔離電路和放大電路的幫助下，實現轉速和輸出力矩的限制，由此將其傳遞給電機控制器，這樣就可以實現車輪的驅動。在此過程中，將EPGA融入其中，可以依照制動傳感器和電流傳感器的運作情況，實現信號的有效反饋，當期到達電控單元后，實際反饋的信號就可以被調整和改善，這就可以使得制動行為處于可控的狀態，由此使得汽車的運行處于相對穩定的狀態。在該節點中，主要的模塊結構有：電子踏板單元，電控單元，車速采集模塊，無刷直流電機，傳感器，控制器等。這些都可以在EPGA的輔助下，進行有效的協作，找到各個節點中可能存在的不協調，繼而采取有效的措施去改善和完善，由此保證實際系統的設計是有效的，這樣的調試反饋，會使得整個設計效率得以不斷提升，這也是難能可貴的應用價值。當前很多汽車電子設計的過程中，部分設計人員也會將EPGA的SOPC技術融入其中，其主要的價值在于實現數據采集模塊，控制單元，模糊算法模塊的進一步融合，由此創設更加理想的檢測環境，為實際設計行為提供更多的數據信息參考，由此引導實際的設計工作朝著高效率的方向發展。

（三）車用語音信號處理設計中的使用

汽車智能化發展背景下，對于車用語音信號處理也提出了更高的要求，各種先進的語音識別技術被融入到汽車電子設計環節中去。一般情況下，語音識別的質量評價主要從：反饋速度上。從設備上來看，反饋速度的提升，除了需要依靠硬件加速之外，還需要采用串行技術，確保實際實時性。但是從當前的很多汽車電子設計的案例來看，往往難以達到理想的效果。此時設計人員提出可以使用高主頻的EPGA，其功耗比較低，實際體積也不大，可以結合不同的需求來進行優化設計，由此可以很好的被使用到語音信號處理的環節。一般情況下，這種硬件主要有：能量計算模塊，語音信號濾波模塊，語音信號分幀模塊，語音信號加窗模塊等，其運行價值為：在進入EPGA之后，會執行濾波操作，并且在仿真測試環境中，充分的發揮對應模塊的效能，就可以使得設計人員更好去進行規劃和安排。

三、EPGA汽車電子設計應用預測

隨著EPGA汽車電子設計應用經驗的不斷積累，其在設計中的輔助效能會不斷展現出來，繼而成為未來汽車行業可持續發展的重要設計手段。也就是說，基于當前EPGA技術的使用實踐，可以使得我們清晰的認識到該技術的應用價值，而為了切實的發揮其應用價值，還需要我們在汽車電子設計的過程中做出更多的嘗試和探索。在此節點，需要以發展的眼光去審視，積極推動技術革新，形成全新的技術格局，由此輔助汽車電子設計，保證實際的汽車電子設計朝著可持續的方向發展。從當前汽車電子設計的經驗來看，其未來的發展趨勢可以歸結為如下幾個方面：

（一）標準化

EPGA在汽車電子設計節點中的運用，會使得實際設計輔助的價值得以不斷發揮，而在此過程中實際的輔助行為模式也慢慢形成，由此漸漸形成各種規格的設計標準和規范，使得EPGA的使用行為朝著規范化和標準化的方向發展。無論是從行業長期發展的維度來看，還是從實際設計輔助工具優化來看，EPGA的標準體系構建，將會成為未來其在汽車電子設計中得到更好應用的前提和基礎。當然標準體系必然是多元化的，其結合汽車電子設計的不同節點，實現實際設計方案的提供，由此使得設計行為模式得以固化，繼而使得其更好的服務于汽車電子設計領域。

（二）智能化

隨著云計算與大數據技術服務的多樣化發展和進步，使得EPGA設計優化工具的功能開始展現出智能化的一面。據調查，部分企業已經推出了新一代的EPGA設計優化工具，其甚至可以在不修改代碼和約束條件的前提下，依靠機器學習和大數據分析的方式，使得時序收斂的問題得到解決，由此創設出更加理想的設計優化環境，確保實際的設計行為展現出智能化的特點。也就是說未來的EPGA會與云計算技術，大數據技術融合起來，形成更加智能化的設計格局，由此使得設計人員可以更好的與工具實現交互，以變提供更多的汽車電子設計方案，使得汽車電子設計工作質量得以提升。

（三）多功能化

EPGA在汽車電子設計中的應用，會使得其功能朝著更多的方向發展。其應用范圍會更加廣泛，實際的性能會更加多樣化。從當前來看，其在I/0硬件定時環節能夠發揮效能，其實際的運行更加穩定，可以很好的作用于數字信號處理和分析中。對于汽車電子測試而言，這種解決方案更加低成本。再者還可以在車載數據采集，電子控制單元，硬件在環仿真等環節發揮效能。除此之外，在未來EPGA將會在電子設計中發揮著更加大的效能。

四、結語

綜上所述，因為現場可編程門陣列(FPGA)技術具有自定義邏輯功能和高可靠性的特點，所以，工程師已將FPGA技術融入測試系統，解決汽車電子設計與測試的困難，同時滿足低成本、系統可擴展性和復雜的測試環境要求。本文結合多個應用案例，分析該技術在實際汽車電子設計環節中的應用價值，其充分展現出自身的技術效能，使得我們意識到該技術對于汽車電子設計的重要性。筆者認為應該積極開拓創新，實現該技術體系的不斷構建，以多功能，智能化，標準化為目標，實現該技術的不斷研究，繼而將其更快的滲透到實際的汽車電子設計環節，由此推動汽車電子設計工作格局得以變革。