FPGA助力汽车向软件定义方向演进

汽车行业正处于技术变革之中，特别是向软件定义汽车的转变。

随着消费者需求向更安全、自动驾驶和技术先进的汽车发展，软件定义汽车 (SDV) 因其软件（包括电子硬件）数量和价值更高，并且能够通过集中式持续升级的能力而成为一种增长趋势。

对软件的关注正在彻底改变汽车行业，麦肯锡的一份报告显示，汽车软件市场规模预计将增长一倍以上，从 2019 年的 310 亿美元增至 2030 年的约 800 亿美元，复合年增长率 (CAGR) 超过 9%。

随着行业转向 SDV，现场可编程门阵列 (FPGA) 成为一种变革性工具，可实现前所未有的可扩展性、灵活性和效率。

FPGA 对汽车行业的影响

作为汽车设计的关键组成部分，FPGA 与生俱来的可编程性使其能够适应各种不断变化的要求，并不断进行技术演进，并为现代车辆的操作提供关键（尽管通常是看不见的）功能。

由于其优势，FPGA 可通过五种方式帮助汽车制造商增强各种功能：

支持新兴区域架构

现代汽车开始提供区域架构——传感器、执行器、计算和互连元件组，这些元件组合成区域，然后发送到主片上系统 (SoC)。随着汽车上摄像头和其他视觉传感器数量的增加，FPGA 成为一种有用的工具，因为它们可以控制来自车载摄像头的信号并将其路由到车辆中的主要计算元件（通常是某种类型的 SoC）。

此外，FPGA 执行的桥接功能允许多个高分辨率摄像头或其他传感器在其所在位置附近（例如前保险杠或后保险杠周围）将其信号组合或多路复用在一起，然后当他们到达 SoC 时，再次分离或解复用这些信号。

以低功耗提供高性能

凭借 FPGA 的并行处理能力，支持 ADAS 和高级监控功能的汽车等要求严苛的应用能够提供卓越的性能，同时消耗更少的能源。 FPGA 的这一方面对于电动汽车 (EV) 特别有用。 由于电动汽车依靠电池运行，因此能效至关重要。 FPGA 是一种理想的工具，因为它们可以在较低功耗和较低频率下运行，同时仍然满足严格的性能要求。

执行实时网络和电机控制

FPGA 还能够以低延迟且确定的方式执行信号处理和分析。 在基于实时的应用程序中，例如辅助驾驶，甚至简单地操作车辆，这种低延迟和确定性对于汽车及其功能至关重要。

例如，在电动/混合动力汽车中，FPGA 可用于优化电机控制、功率转换和逆变器，因为它们支持高性能 PWM（脉宽调制），所有这些都有助于最大限度地提高功率和效率，以扩展 车辆续航里程。

符合功能安全

功能安全是现代车辆不可或缺的一部分，因为它可以保证系统和设备正常运行，并最大限度地减少操作车辆时遇到的任何操作故障或危险。为了满足功能安全的要求，系统需要配备适当的监控硬件和软件，即使在故障情况下也能安全可靠地运行。

高级驾驶员辅助系统 (ADAS) 和显示系统中的关键信息（例如倒车摄像头视觉效果和驾驶员警告）包含冗余，以确保系统出现故障时的安全操作。 FPGA 不仅可以支持车载信息娱乐 (IVI) 系统的高速视频连接和 ADAS 中的传感器数据处理，还有助于确保可靠地再现安全关键信息，从而在组件或子系统发生故障时实现安全操作。

增强信息娱乐系统的人机界面 (HMI)

消费者需求转变的一部分围绕着高端“信息娱乐功能”的新要求，就现代汽车而言，这意味着集成下一代智能手机中的所有功能，例如 Wi-Fi、蓝牙、GPS、 流式音频和视频等。

为了提供这些功能，整个汽车的各个位置都需要适当的显示器，包括中央信息娱乐中心、仪表盘、平视显示器和后部显示器。 LCD 屏幕是典型的选择，但是，随着制造商添加更多、更高质量的 LCD，局部调光等技术正变得必要。局部调光旨在提高困难光线下的可视性，它通过提高对比度来实现这一点，并通过有选择地调暗或关闭屏幕背光的某些区域来改善效果。

FPGA 是在汽车 LCD 面板中实现局部调光的绝佳选择。 它们提供分析内容、调整背光区域、控制 LED 亮度以及运行复杂或定制算法的快速处理能力。 它们还支持高速 I/O，并能承受恶劣的环境条件、温度变化以及冲击和振动。同时，它们还提供了不断变化的算法、控制策略以及满足供应链灵活性要求的愿望所需的灵活性和可升级性。

FPGA 正在推动汽车行业向前发展

随着行业向 SDV 过渡，汽车行业的现代化显然会加速。 随着技术不断进步并变得更加复杂，消费者正在寻找紧随其后的汽车，制造商必须利用创新工具来跟上技术的发展。

FPGA 是保持领先地位的关键。 凭借其固有的灵活性、可扩展性和高效功能，FPGA 成为不断发展的汽车行业转型时刻的完美支持技术。