汽车娱乐电子推动了功能和容量的快速发展,促使设计人员在性能、成本和灵活性上做出综合考虑。与其他汽车电子领域不同,多媒体图形应用高度可视化,其需求多变,在许多情况下甚至还没有建立标准。汽车设计人员需要一个能够提供最灵活、性能最佳而成本可控的解决方案。可编程逻辑,特别是现场可编程门阵列(FPGA)便是这样的解决方案。
以前,专用集成电路(ASIC)能够为制造商提供成本效益较好的芯片方案,因此,汽车图形应用在半导体方面一般选用ASIC。但是,ASIC开发成本不断攀升,降低批量价格、快速面市的要求以及功能复杂性的提高可能会预示着汽车市场中ASIC统治时代的结束。顶级汽车供应商正在寻找一种最具成本效益的设计平台,其强大的功能和灵活性能够满足越来越复杂的汽车数字系统的需求。
专用标准产品(ASSP)在汽车和消费类市场上是ASIC的一种替代方案。这类产品的主要优势在于低成本。但是,ASSP具有隐含的成本,如寻找各种功能都合适的ASSP,而不必添加外部逻辑、软件以及其他ASIC或者ASSP。而且,随着需求的不断变化,在设计早期可能需要ASSP,设计一旦投产之后,便不再采用ASSP。
FPGA能够显著缩短工程开发时间,降低多芯片重复使用成本,成为汽车图形应用中替代ASIC和ASSP的功能强大而又灵活的解决方案。ASSP可能会丢失所需功能,ASIC则有随着设计修改而必须重制的风险,而FPGA在设计过程中,可以进行编程,并根据需要重新编程,实现更快速的原型设计,加快产品面市。如果需求变化,即使是器件已经在车辆中投入使用了,FPGA也可以现场进行更新。FPGA不存在预先的ASIC流片(NRE)成本以及最小订购量问题,也不存在ASSP相关的潜在成本问题,它是系统设计最具成本效益的选择。而且,FPGA在通用硬件平台上能够重复使用的能力非常重要,使设计人员能够生成不同的系统,凭借一个基本设计便可以支持多种功能,从而降低制造成本。
FPGA参考设计推动汽车图形技术信息娱乐应用要求越来越复杂的图形处理能力。这种处理可以在高端处理器和DSP中实现,但代价是极高的成本、复杂度和功耗。可以在系统中加入FPGA来降低图形系统的总成本、复杂度,以及性能需求。图1所示为一个标准的图形参考设计,该设计承载视频输入,覆盖LCD屏幕上显示的其他图像。
该参考设计在Altera Cyclone FPGA中实现了一个视频输入模块和LCD图形控制器,展示了在汽车市场需要的低成本应用中,FPGA所具有的强大功能和灵活性。参考设计运行在 Altera Nios II嵌入式处理器开发板上,并加入了用于实现相机/视频输入、输出显示驱动电路的模块。
视频输入模块包括一个前端相机接口和用于色彩空间转换、调整和缩放的IP,以及视频存储器接口。LCD显示接口包括控制不同层之间以及图像之间半透明效果的IP功能。这些输入输出控制模块是Altera SOPC Builder系统的组成部分,该系统用于将所有IP模块进行无缝连接。OpenGL-E图形库子集运行在主机CPU中。该库提供处理和表征位图、帧缓冲访问和图形基元绘图的所有功能。 由于进行透视操作、旋转、绘制直线和多边形、纹理操作以及相似的任务时,这些扩展图形应用会占用大量的计算,因此,可能会需要一个功能非常强大的主机 CPU来实现OpenGL图形库。FPGA可做为一个协处理器架构,卸载主机CPU中通常消耗大量CPU性能的算法功能。
图2显示了在参考设计系统中加入图形加速协处理器的实例。该协处理器可承载多种算法,如:直接blit、拉伸blit、透明、双线性滤波、每象素alpha、着色、抗锯齿处理等位块图像传送(BLIT)操作 任意宽度直线绘制、圆角、截角、alpha梯度、图像边缘模糊(模糊化)
三角形、四边形等多边形绘制、alpha梯度、图像边缘模糊(模糊化)
圆、椭圆和二次曲线截面绘制生成二次和三次B zier曲线
加入协处理器后,对主机CPU的要求会显著降低。当然会使用更多的FPGA资源,但是系统设计人员可以自由选择在硬件中采用何种算法,具体在软件中采用哪种以优化大部分关键系统要求(速度、功耗、成本等)。
可以进一步延伸该卸载范例,采用FPGA中实现的处理器将其他处理任务放在FPGA中。这样还具有减少系统元件和外部主机CPU的优点。图3显示了如何在 FPGA中采用Nios II处理器实现其余软件控制任务(如抗锯齿处理和OpenGL兼容等)的图形参考设计。 平台概念:多种小变化
通过在汽车图形系统中采用FPGA,相同的平台可用于解决不同的市场需求。图4显示了怎样以单个通用平台开始,进行多种变化来满足不同的市场需求,而不必重制AS IC或者建立并调试新的电路板。
本文阐述的多种汽车参考设计说明了这种概念是如何工作的。根据市场需求,采用单个工作参考平台来实现多种图形控制器模块衍生。通过使用标准IP和参考设计,开发团队能够将精力(和花费)集中在如何使产品领先于竞争对手,满足客户的要求,而不必耗费在基本编程上。而且,使用FPGA并不排除以后采用 ASIC。由于所有的基本IP在未来器件系列中可以重复使用,因此FPGA中实现的设计可以移植到Altera HardCopy器件等结构化ASIC或者完全定制的ASIC中。
结论
在发动机仓、乘客车厢内以及外部诊断系统中,FPGA为成功的系统设计提供了灵活的低风险途径降低了制造的复杂性,实现了最佳成本效益。FPGA可用作简单胶合逻辑以及不同组件间的接口桥接,有助于实现标准组件、微处理器和系统总线间的通信。 FPGA还可以扩展特性,集成内核系统功能以替代ASSP和ASIC。
当考虑到不断增加的复杂度和及时面市的压力时,尽管汽车应用需要合适的ASIC以实现大批量产品,但是FPGA仍旧能够满足甚至超越总工程成本目标。 FPGA中实现的低成本结构和丰富的器件资源组合使设计人员能够为这种批量产品应用提供全面而又经济的解决方案。而且,由于FPGA所具有的灵活性,不必对整体平台进行昂贵的重新设计,便可以迅速改进这些设计以满足多变的市场需求并细化产品。(end)
关键字:FPGA 汽车娱乐电子 协处理器
引用地址:FPGA在汽车娱乐电子应用中的参考设计
以前,专用集成电路(ASIC)能够为制造商提供成本效益较好的芯片方案,因此,汽车图形应用在半导体方面一般选用ASIC。但是,ASIC开发成本不断攀升,降低批量价格、快速面市的要求以及功能复杂性的提高可能会预示着汽车市场中ASIC统治时代的结束。顶级汽车供应商正在寻找一种最具成本效益的设计平台,其强大的功能和灵活性能够满足越来越复杂的汽车数字系统的需求。
专用标准产品(ASSP)在汽车和消费类市场上是ASIC的一种替代方案。这类产品的主要优势在于低成本。但是,ASSP具有隐含的成本,如寻找各种功能都合适的ASSP,而不必添加外部逻辑、软件以及其他ASIC或者ASSP。而且,随着需求的不断变化,在设计早期可能需要ASSP,设计一旦投产之后,便不再采用ASSP。
FPGA能够显著缩短工程开发时间,降低多芯片重复使用成本,成为汽车图形应用中替代ASIC和ASSP的功能强大而又灵活的解决方案。ASSP可能会丢失所需功能,ASIC则有随着设计修改而必须重制的风险,而FPGA在设计过程中,可以进行编程,并根据需要重新编程,实现更快速的原型设计,加快产品面市。如果需求变化,即使是器件已经在车辆中投入使用了,FPGA也可以现场进行更新。FPGA不存在预先的ASIC流片(NRE)成本以及最小订购量问题,也不存在ASSP相关的潜在成本问题,它是系统设计最具成本效益的选择。而且,FPGA在通用硬件平台上能够重复使用的能力非常重要,使设计人员能够生成不同的系统,凭借一个基本设计便可以支持多种功能,从而降低制造成本。
FPGA参考设计推动汽车图形技术信息娱乐应用要求越来越复杂的图形处理能力。这种处理可以在高端处理器和DSP中实现,但代价是极高的成本、复杂度和功耗。可以在系统中加入FPGA来降低图形系统的总成本、复杂度,以及性能需求。图1所示为一个标准的图形参考设计,该设计承载视频输入,覆盖LCD屏幕上显示的其他图像。
该参考设计在Altera Cyclone FPGA中实现了一个视频输入模块和LCD图形控制器,展示了在汽车市场需要的低成本应用中,FPGA所具有的强大功能和灵活性。参考设计运行在 Altera Nios II嵌入式处理器开发板上,并加入了用于实现相机/视频输入、输出显示驱动电路的模块。
视频输入模块包括一个前端相机接口和用于色彩空间转换、调整和缩放的IP,以及视频存储器接口。LCD显示接口包括控制不同层之间以及图像之间半透明效果的IP功能。这些输入输出控制模块是Altera SOPC Builder系统的组成部分,该系统用于将所有IP模块进行无缝连接。OpenGL-E图形库子集运行在主机CPU中。该库提供处理和表征位图、帧缓冲访问和图形基元绘图的所有功能。 由于进行透视操作、旋转、绘制直线和多边形、纹理操作以及相似的任务时,这些扩展图形应用会占用大量的计算,因此,可能会需要一个功能非常强大的主机 CPU来实现OpenGL图形库。FPGA可做为一个协处理器架构,卸载主机CPU中通常消耗大量CPU性能的算法功能。
图2显示了在参考设计系统中加入图形加速协处理器的实例。该协处理器可承载多种算法,如:直接blit、拉伸blit、透明、双线性滤波、每象素alpha、着色、抗锯齿处理等位块图像传送(BLIT)操作 任意宽度直线绘制、圆角、截角、alpha梯度、图像边缘模糊(模糊化)
三角形、四边形等多边形绘制、alpha梯度、图像边缘模糊(模糊化)
圆、椭圆和二次曲线截面绘制生成二次和三次B zier曲线
加入协处理器后,对主机CPU的要求会显著降低。当然会使用更多的FPGA资源,但是系统设计人员可以自由选择在硬件中采用何种算法,具体在软件中采用哪种以优化大部分关键系统要求(速度、功耗、成本等)。
可以进一步延伸该卸载范例,采用FPGA中实现的处理器将其他处理任务放在FPGA中。这样还具有减少系统元件和外部主机CPU的优点。图3显示了如何在 FPGA中采用Nios II处理器实现其余软件控制任务(如抗锯齿处理和OpenGL兼容等)的图形参考设计。 平台概念:多种小变化
通过在汽车图形系统中采用FPGA,相同的平台可用于解决不同的市场需求。图4显示了怎样以单个通用平台开始,进行多种变化来满足不同的市场需求,而不必重制AS IC或者建立并调试新的电路板。
本文阐述的多种汽车参考设计说明了这种概念是如何工作的。根据市场需求,采用单个工作参考平台来实现多种图形控制器模块衍生。通过使用标准IP和参考设计,开发团队能够将精力(和花费)集中在如何使产品领先于竞争对手,满足客户的要求,而不必耗费在基本编程上。而且,使用FPGA并不排除以后采用 ASIC。由于所有的基本IP在未来器件系列中可以重复使用,因此FPGA中实现的设计可以移植到Altera HardCopy器件等结构化ASIC或者完全定制的ASIC中。
结论
在发动机仓、乘客车厢内以及外部诊断系统中,FPGA为成功的系统设计提供了灵活的低风险途径降低了制造的复杂性,实现了最佳成本效益。FPGA可用作简单胶合逻辑以及不同组件间的接口桥接,有助于实现标准组件、微处理器和系统总线间的通信。 FPGA还可以扩展特性,集成内核系统功能以替代ASSP和ASIC。
当考虑到不断增加的复杂度和及时面市的压力时,尽管汽车应用需要合适的ASIC以实现大批量产品,但是FPGA仍旧能够满足甚至超越总工程成本目标。 FPGA中实现的低成本结构和丰富的器件资源组合使设计人员能够为这种批量产品应用提供全面而又经济的解决方案。而且,由于FPGA所具有的灵活性,不必对整体平台进行昂贵的重新设计,便可以迅速改进这些设计以满足多变的市场需求并细化产品。(end)
上一篇:面向电动车窗/天窗应用的集成嵌入式功率半导体
下一篇:汽车电子制动系统的研究初探
推荐阅读最新更新时间:2024-05-02 22:53
流水线技术在基于FPGA的DSP运算中的应用
在数字信号处理(DSP)领域,需要处理的数据量很大,并且实时性要求很高。传统的DSP设计方法主要有采用固定功能的DSP器件和采用DSP处理器两种,由于它们灵活性差以及软件算法在执行时的顺序性,限制了它们在高速和实时系统中的应用。随着深亚微米半导体制造工艺的不断创新,百万门可编程器件的不断推出,为DSP提供了第3种有效的解决方案,即利用FPGA实现DSP运算硬件化。它能够在集成度、速度和系统功能方面满足DSP应用的需要。 然而在应用FPGA进行系统设计综合过程中,选择芯片的运行速度优化和资源利用优化常常是相互矛盾的,对速度指标要求高的设计优化常常要占用较大的芯片资源,而减小芯片面积的设计又需要以降低系统速度为代价。从FPG
[嵌入式]
ARM+FPGA开发板的强劲图形系统体验——米尔基于NXP i.MX 8M Mini+Artix-7开发板
ARM+FPGA开发板的强劲图形系统体验——米尔基于NXP i.MX 8M Mini+Artix-7开发板 关键词:NXP、Xilinx、i.MX 8M Mini、Artix-7、ARM+FPGA、图像处理、异构处理器 本篇测评由优秀测评者“qinyunti”提供。 01 ARM+FPGA异核架构开发板简单介绍 MYD-JX8MMA7的这款ARM+FPGA异核架构开发板, 拥有2个GPU核,一个用来做3D数据处理,另一个用来做2D和 3D加速。3D GPU核支持: OpenGL ES 1.1,2.0 Open VG 1.1 2D GPU核支持 多图层混合 基于ARM+FPG
[嵌入式]
Altera FPGA为RICOH SP 3600DN系列新打印机提供支持
低成本、低功耗FPGA提供现场可编程能力,提高了平台灵活性,带来了产品及时面市优势 2015年7月31号,北京 Altera 公司(Nasdaq: ALTR)今天宣布,总部位于东京,专注于提供图像设备和制片打印解决方案、文档管理系统以及IT服务的全球技术公司Ricoh集团选择了Altera Cyclone IV FPGA来支持其最新推出的打印机产品线 RICOH SP 3600DN系列。Altera的Cyclone IV FPGA为RICOH SP 3600系列打印机的图像处理功能提供支持,实现了1200 dpi图像质量、串行打印速度和高速打印速度等新特性。此外,Cyclone IV FPGA还帮助Ricoh显著降
[嵌入式]
专访Altera副总裁胡勇冕 SoC FPGA瓜分嵌入式大饼
为插旗高性能嵌入式系统,现场可编程闸阵列(FPGA)大厂Altera推出整合安谋国际(ARM)Cortex-A9双核心中央处理器(CPU)的28奈米(nm)系统单晶片(SoC)FPGA--Cyclone V和Arria V,提供嵌入式系统开发商微处理器(MPU)之外的新选择,对既有MPU厂商形成不小威胁。 Altera产品暨企业传讯副总裁胡勇冕表示,新款Cyclone V和Arria V SoC FPGA,整合符合市场运算处理需求的800MHz双核心Cortex-A9处理器,可符合高效能嵌入式系统应用需求,为该公司扩大嵌入式市场版图的重要利器。未来将锁定智慧电网(Smart Grid)、太阳能逆变器(Solar Inverter)、
[嵌入式]
英特尔发布新的可编程加速卡D5005,已被HPE采用
英特尔今天宣布推出基于Stratix 10 SX FPGA的D5005可编程加速卡,已在HPE ProLiant DL3809 Gen10服务器中应用。 英特尔于2017年宣布推出可编程加速卡,作为在数据中心使用FPGA的综合平台,其中第一个产品由20纳米Arria 10 GX组成。2018年,英特尔宣布将推出采用更新的14nm FPGA的PAC,今天产品正式亮相,Hewlett Packard Enterprise(HPE)作为发布合作伙伴共同宣布推出。 新的英特尔FPGA PAC D5005加速器是PAC产品系列中的第二代产品,包含一个Stratix 10 SX FPGA。 PAC还附带英特尔的加速堆栈,提供驱动程序,
[嵌入式]
基于Flash型FPGA的信号源卡设计
摘要:介绍了一种基于Flash型FPGA的多路模拟重信号源设计方法,该系统以ACTEL公司的A3P125VQ100芯片为核心,实现了系统的软硬件结合。它包括数模转换单元、电源模块、多路模拟开关模块以及运算放大单元等,实现了电源独立的、频率可调的、不同波形的多路模拟量信号源。该系统通过编写程序可以产生正弦波、三角波、方波以及直漉波并实现1~500 Hz频率可调。研究的核心内容主要是通过FPGA控制D/A和多路模拟开关,通过D/A产生波形从多路模拟开关中送出,通过拨码开关在1~500 Hz的频率范围内控制选择,并且能够通过示波器观测到相应的频率的波形。 关键词:Flash;FPGA;信号源卡;多路选通;数模转换 0 引言 信号源
[嵌入式]
利用FPGA的DSP功能提高图像处理的实例分析
intevac是商用和军用市场光学产品的前沿开发商。本文介绍该公司nightvista嵌入式电子系统的开发,该产品是高性能超低亮度紧凑型摄像机。该摄像机最初采用了流行的数字信号处理器、几个assp和外部存储器件。系统对性能的需求越来越高,工程师团队决定试验一种替代方案——在可编程逻辑中实现可配置软核处理器。这一决定带来了以下好处: 达到了目标所要求的性能 在单个fpga中集成了分立的元件和数字信号处理(dsp)功能 功耗降低了近80% 将五块元件板缩减到一块,显著降低了成本 缩短了开发时间 图1 intevac nightvista摄像机中cyclone系列fpga功能框图 dsp基于处理器的实现方法 n
[嵌入式]
超高数据流通量FPGA新品类中的Block RAM级联架构
概述 随着数据中心、人工智能、自动驾驶、5G、计算存储和先进测试等应用的数据量和数据流量不断增大,不仅需要引入高性能、高密度FPGA来发挥其并行计算和可编程硬件加速功能,而且还对大量数据在FPGA芯片内外流动提出了更高的要求。于是,在FPGA芯片中集成包括片上二维网络(2D NoC)和各种最新高速接口的新品类FPGA芯片应运而生,成为FPGA产业和相关应用的新热点。 拉开这场FPGA芯片创新大幕的是全球最大的独立FPGA技术和产品提供商Achronix半导体公司,其采用7nm工艺打造的Achronix Speedster7t FPGA不仅拥有诸多高性能外围Hard IP,而且是全球首次在FPGA的逻辑阵列上集成了2D N
[嵌入式]