集成了数据通讯，定位服务和视频文娱的高端轿车信息文娱体系需求高功用的可编程处理技能，其最佳完成办法是在干流轿车信息通讯体系构架中集成FPGA协处理器。本文叙述轿车文娱体系的需求，评论干流体系构架，以及FPGA协处理器是怎么集成到软硬件体系中，以满意高功用处理、灵敏性和降低本钱的要求。
文娱电子消费现已成为区别豪华轿车的标志之一，推进了轿车功用的快速开展，规划者有必要在功用，本钱和灵敏性上进行归纳考虑。高端运用包含卫星电话，后座文娱，导航，各种音频回放，语音组成、辨认以及其他新的运用。
带动轿车文娱体系开展的核心技能同从前的轿车运用有明显的不同。不同于其他范畴的轿车电子消费，这些文娱运用要高度的可视化，而且需求改动很快。此外，过期的文娱体系将是新车卖不动的首要原因，也是轿车转售和租借的首要妨碍。
传统的轿车电子消费首要满意一般规范，例如长的换代周期，低本钱和长时间的温度要求。这些要求也是轿车文娱体系所需的。在轿车规划上，规划者面对长换代周期中阅历体系功用快速开展的应战，而不再是长换代周期中的小改善。新的需求使得体系结构有必要具有灵敏性和很好的功用体现，而这在依据专用规范产品(ASSP)的传统运用体系结构架中是无法完成的。
现在的底子车内文娱体系要求能够支撑具有图形人道界面的平面显现体系，能够显现动态地图和轿车信息。这种体系环绕高度规范化的微处理器完成，周围是各种规范接口和支撑低端图形处理的简略硬件加快设备。它尽管以十分低的本钱满意了中等轿车文娱体系的商场需求，可是能够扩展到顶级豪华轿车的高端运用上。顶级运用包含视频图画和通讯。各种支撑这些运用的规范(视频：MPEG2，MPEG4，H.264;通讯：GSM/EDGE，WCDMA，1xEVDO，卫星电话，卫星电视，数字视频播送和WiFi)均依据多种信号处理算法。这些算法要求十分高的可编程处理才能。现在有三种半导体技能能够完成这些十分杂乱的算法。
这三种技能是可编程数字信号处理器(DSP)，专用规范产品(ASSP)和现场可编程门阵列(FPGA)。DSP为信号处理运用供给了功用很高的可编程处理器。DSP处理器十分灵敏，功耗低，本钱效能高，可是缺少硬件加快才能，无法为现在的顶级图画处理和无线通讯算法供给所需的核算功用。ASSP一般含有DSP处理器，为单个视频或通讯规范供给较好的解决方案，可是不能法经过编程来完成不同的规范要求。而FPGA一同具有很高的信号处理才能和可编程才能，能够满意许多规范和运用场合的要求。与其他两种技能不同，高功用、灵敏的FPGA技能能够完成各种或许的算法。
前面所讲的信息通讯体系需求额定的处理芯片以满意高端运用。这些芯片一般是在存储器或视频处理总线上集成了处理器的ASIC和ASSP，成为专用协处理器。FPGA运用上的强壮之处在于对这种专用硬件的替代。FPGA和处理器合作运用，一般称为FPGA协处理器。以这种方法运用FPGA能够使新的专用加快器按需求下载到FPGA里，运用于任何高功用场合中。在高档军事多规范无线电中，这种概念被广泛选用，称为软件无线电(SDR)。SDR体系中，一个简略的无线单元以“一键式”方法主动习惯不同的无线规范，能够运用于面向未来的配备中。这种方法还削减了处理器的数量，这些处理器在体系履行不同使命时，往往处于闲暇的状况。软件无线电技能能够运用于轿车商场的通讯和视频范畴。
FPGA在视频处理和无线衔接上的灵敏性相同能够降低本钱，前进体系价值。现在的底子构架需求为每个新的视频编解码器或许无线规范附加ASSP。以一个FPGA替代多个ASSP能够削减体系有必要装备的各种体系结构，延伸轿车的运用寿命。在底子车内文娱体系构架中扩展运用FPGA能够使单个高端渠道经过编程满意宽视频和无线规范的要求。这相同能够运用于高档轿车文娱体系体系中。
一个前沿的轿车文娱体系体系结构实例现已由Delphi Delco电子体系公司出书。该渠道运用规范的SH-4微处理器和一个协同ASIC，日立的HD64404“Amanda”外设12,，满意了80%的中等轿车商场的底子功用需求。该体系供给了一个具有规范API层的通用操控处理器，将硬件外设和协处理器别离。协同ASIC供给了外设和集成图形处理器的底子功用。图形处理器支撑图形和份额函数的交互，可是不能完成视频编解码器功用或其他的DSP运用。该体系为一切的文娱运用供给了底子功用，但仍需为视频编解码器和无线通讯功用附加ASIC和ASSP。
Delphi体系中的Amanda协同芯片选用双处理总线，Piexl总线用于视频处理等高功用数据流，而Register总线进行操控运用。这两个总线都连在SH-4 MPX总线和一个外部存储接口上。总线和存储接口的结合运用为依据FPGA协处理器的无线通讯渠道和灵敏的视频编解码器供给了抱负的接口。
协处理技能将FPGA和操控器或许DSP处理器紧密结合，使它们不再陷于首要的算法进程，而将规范的程序接口驻留在操控处理器中。这种集成方法十分适用于首要数据流或许算法驻留在FPGA或相关存储器的状况。算法由操控处理器发生的低速操控信号进行操控。
这种体系结构能够运用于无线通讯，以单个FPGA支撑GSM/EDGE，WCDMA，1xEVDO和各种802.11协议中的数字处理。不然，对每一个规范都需求特定的硬件规划，然后添加了本钱，约束了运用规模。
此外，FPGA协处理技能，可运用于图象处理，能够以单个FPGA支撑包含MPEG2，MPEG4和H.264在内的多路视频编解码器。实际上，能够相同选用无线通讯技能中运用的FPGA。
FPGA协处理器经过依据直接内存读写(DMA)的接口，集成在处理器体系中。嵌入式处理器的软件层对每一个协处理器都有运用接口，经过恰当的运用协处理器，将初始化程序写入到FPGA中。一旦初始化完成后，软件调用协处理器操控参数，时序和输入、输出数据流。依据选用的不同规范，在FPGA协处理器和操控处理器之间或许需求高档的通讯对话，也或许FPGA协处理器独自进行作业，在这种状况下，操控处理器简略的将算法加载后，便不再参加处理进程。
每个加载到FPGA上的程序都有必要同周围体系紧密结合。选用FPGA进行编程，需求一个界说好的体系接口，每个依据FPGA的加快器经过它进行通讯。一般来说，FPGA需求多个接口衔接到操控处理器，存储器和其他外设或许衔接器上。FPGA也能够一同有几个协处理器，同享一个操控处理器接口。每个外设或许协处理器能够有附加总线，进行高功用的数据流处理。
视频编解码器具有相应的输入和输出。Delphi体系结构的视频输入接口是Amanda协同ASIC的一部分，对视频流选用ITU-R BT.656接口规范。能够进行后级处理，运用ASIC以适用于不同的显现屏。FPGA或许需求衔接到其他两个总线上，即存储器总线和主操控器的PCI/MPX总线，它们都与协同芯片相连。经过这三个衔接，由存储接口完成宽带通讯，PCI/MPX总线完成操控通讯，这样，FPGA能够支撑视频和通讯运用。
FPGA为协同主处理器作业的专用处理体系供给了一个可编程渠道。FPGA程序与规范处理器体系的程序有底子不同。FPGA供给了可编程逻辑单元，布线，DSP处理模块，存储器和I/O的高功用硬件结构。FPGA的体系结构运转起来同规范的ASSP十分类似，都是经过软硬件开发东西规划完成体系的特定功用。这些开发东西输出的二值图样装入到FPGA中后，界说了一切可编程逻辑单元，布线，DSP处理模块等的功用。二值图样在体系运转时，由主处理器加载。能够发生各种程序图样以支撑MPEG2，MPEG4，H.264，GSM/EDGE，WCDMA，1xEVDO，GPS，3D图形加快器或许任何其他可用于轿车信息通讯体系的算法。依据文娱体系中不同的用户菜单选项，专用程序由主处理器下载到FPGA中，并处于主处理器的操控之下。
由主处理器操控专用硬件加快器，一般经过寄存器和存储接口完成，每个寄存器操控部分硬件加快器的运转。这适用于Delphi体系的默许协同芯片，也适用于下载到协同FPGA中的协处理器体系。经过运用FPGA能够直接将寄存器和存储器接口规范化，以操控任何编程完成的协处理器。规范化的接口能够界说怎样读取和写入协处理器数据，怎样开端和中止这一进程，怎样进行复位，并包含了一组寄存器完成操控专用操作。一切这些寄存器都是FPGA内线性地址映射的一部分，这样，软件物理器材驱动器能够很简略的读取寄存器。
协处理器的软件物理器材驱动器与硬件寄存器接口比较，具有更高档的笼统功用。软件驱动器完成了体系算法参数到操控寄存器的映射，因而能够很简略的编写和保护运用软件。底层的硬件改动时，高层的模型器材驱动器能够坚持不变。Delphi体系中的软件体系提出了几个笼统层，将算法完成从其软硬件物理完成中别离出来，为软件或硬件协处理器算法供给了强有力的支撑。FPGA协处理器十分适用于这种Delphi软硬件体系。
FPGA能够规划运用到许多底子体系和Delphi结构类似的体系中去。这些体系包含一个或许多个操控器或DSP处理器，能够运用FPGA加快完成需求高功用处理的使命。完成FPGA协处理器的关键在于为FPGA规划不同的硬件加快器，外部操控处理器集成硬件加快器，发生进行硬件加快操控的软件层。所需硬件加快器运用包含视频和通讯的干流算法。这些运用有宽广的商场，现已开端服务于那些致力于规划规范专用知识产权(IP)硬件加快器的专业公司。这类公司供给通用算法，直接运用到先进的低本钱FPGA上。能够直接购买商用MPEG2，MPEG4，H.264，WiFi的IP模块，以及许多其他的视频和通讯规范IP模块。
图2的比如是Amphion公司的MPEG4解码器IP模块，适用于ASIC或FPGA运用场合。
下一步是在FPGA中集成硬件加快器，运用外部总线进行操控，数据输入和输出。规划者能够运用一种新的开发东西，很简略的完成这种集成。运用来自Altera的体系集成东西–SOPC Builder，规划者从可用的IP列表中挑选适宜的IP模块。进行挑选时，参数化菜单显现不同结构的选项，这些选项由运用者在履行前进行设置。设置好参数后，模块便被包含到其他外设列表中，处理器由工程师进行集成。每个独立IP模块被挑选并参数化后，他们将被集成到处理体系中去。
规划者运用SOPC Builder能够界说高功用的交流结构，将各种硬件加快器和外设衔接到外部的主处理器上。这种交流结构经过鼠标点击直观的模块衔接矩阵来完成。体系结构界说好之后，SOPC Builder主动将各种IP归纳到一同，发生HDL描绘，主动归纳到终究的FPGA程序里。体系运转时，终究的程序下载到FPGA中，完成承载专用算法的协处理器功用。
硬件集成完成后，软件物理器材驱动器将高档软件操控从指定的寄存器和用于操控硬件加快器的内存映射体系中别离。操控硬件加快器的寄存器和存储器都是参数化IP模块的规范元件。多个外设和加快器的集成需求具有FPGA可编程特性的寄存器和内存映射。SOPC Builder在将IP集成到用户界说的交流体系中时，主动生成寄存器和内存映射。
每个IP模块包含一套界说好的软件物理器材驱动器，用于外部的主处理器对IP模块操控。SOPC Builder主动将各种软件物理器材驱动器集成在一同，并使每个驱动器和进行IP模块操控的寄存器及内存映射相关联。SOPC Builder以这种方法主动发生FPGA协处理器和操控处理器的软硬件体系结构，并把它们集成到一同。SOPC Builder为满意快速开展的FPGA技能而开发，以完成各种杂乱的体系。
可编程逻辑器材诞生20年以来，由开始低水平的胶合逻辑，快速开展到现在的低本钱、高功用的可编程处理器材。两个关键要素促进了FPGA功用和本钱的前进：FPGA体系结构的开展和FPGA半导体出产工艺的开展。FPGA体系结构现已开展到能够将可编程逻辑单元和可编程布线集成为阵列的方式。在前期的低密度FPGA中，仅将简略的处理单元进行衔接。跟着FPGA密度的添加，阵列结构完成了很多的并行处理功用。FPGA体系结构包含存储模块，DSP模块和广泛整个处理阵列的可编程I/O。现在的处理体系结构很简略满意轿车信息通讯的功用要求。
另一个推进FPGA开展的关键要素是出产工艺技能，以及它对功用和本钱的影响。FPGA运用最新的出产技能来添加密度，前进功用并降低本钱。一同，FPGA也促进了工艺技能的开展。FPGA在半导体工艺技能的开展中，具有重要的效果，这是由于在其前期的出产中，选用一般结构，出产了很多的产品。FPGA选用一般结构能够对产品缺点进行很好的计算丈量，这对细心调整出产工艺技能以取得高产十分重要。FPGA和出产工艺技能的相互促进开展大大添加了FPGA的密度，一同降低了元件价格。因而，现在的低本钱FPGA，例如Altera的Cyclone系列器材，能够和专用ASIC和ASSP在价格上相竞赛。
轿车文娱体系正在快速开展，技能不断前进，成为区别轿车等级的标志。前沿的体系体系结构服务于干流轿车商场，附加ASSP和软件能够支撑高端商场。FPGA供给了功用互补的和灵敏的协处理渠道，将许多协同ASSP加强到同一个可再编程渠道上。FPGA协处理器，例如前面说到的Delphi体系结构，十分适合于干流的轿车文娱体系。轿车出产公司选用FPGA协处理器作为高端轿车文娱体系的一部分，能够经过软件编程供给许多高端视频和通讯功用，而这仅由ASSP是无法完成的。在高端灵敏的轿车文娱体系中运用FPGA能够在轿车上市以及轿车的整个生命周期里，完成向上促销的出售新模式。在轿车上市和今后的运用中，具有文娱体系的轿车能够提高其本身的出售价格。文娱体系仍是对曾经出租过的轿车进行评价的重要衡量要素。
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