開發(fā)車載信息娛樂系統(tǒng)面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。事實上，支持眾多不一致甚至矛盾的要求需要采用全新的思路。設計基于FPGA的平臺就是一種可行的解決方案，可通過設計靈活性來滿足多樣化的汽車要求。

消費者開始希望能像在家中或使用移動設備一樣使用汽車中的多媒體信息——包括個性化他們體驗的能力。因此最近幾代汽車中的信息娛樂系統(tǒng)得到了快速發(fā)展，并以10年前無法想像的方式改變著汽車市場。 汽車制造商非常歡迎這種變化，因為它提供了產品差異化的途徑，但這也給他們帶來更大挑戰(zhàn)：必須緊跟快速變化的消費產品周期。那些一級制造商正在逐漸采用靈活、可配置的FPGA器件來應對挑戰(zhàn)，滿足不同設計要求。 對于那些想要達到新的期望值的OEM來說，問題在于改變整個供應鏈的基本行為，包括從如何建立信息娛樂系統(tǒng)架構到為這些系統(tǒng)提供的產品和服務。 這種壓力又傳遞給了一級發(fā)動機控制單元(ECU)供應商，因為他們所服務的OEM堅持要迎合來自消費市場的產品要求，諸如要能夠靈活地適應市場變化、降低成本以及不斷縮短設計周期。在汽車市場中，這種變化的幅度是空前的，并且正在形成猛烈的風暴襲擊一級供應商。一級供應商如果想在這一領域取得成功，就必須適應這種變化。 解決這個問題的一個途徑是開發(fā)一種強大的、關注靈活性、可擴展性和可適應性的平臺方案，這說起來容易做起來難。我們需要考慮這種靈活平臺的兩個方面：其一，最終產品本身的靈活性，以適應OEM用戶對現(xiàn)場可升級的要求；其二，基礎平臺的可適應性，以便服務于大范圍的、需求各異的OEM客戶。 例如，OEM 1也許不關心所使用的底層硬件，只要硬件能夠滿足一系列功能要求即可；而OEM 2可能強制要求或至少強烈建議使用特定的芯片組。第2種情況是平臺方案最難對付的，因為它有可能完全否定硬件，而且一級制造商的平臺所選擇的軟件也可能不同。 問題是：我們需要全盤否定硬件平臺嗎？抑或能復用硬件平臺元件？構建平臺架構 建立硬件平臺架構一般有三個基本步驟。首先是選擇最關鍵的組件，然后是圍繞內部核心元件搭建外部“層“。一般來說，形成最終配置是一個反復實踐的過程。 第一步是選擇核心芯片組，主要考慮因素是成本、特性和性能，雖然設計人員在這個階段也需要考慮其它重要因素，如硬件/軟件復用以及公司戰(zhàn)略或OEM要求。 在沒有建立起所有層的架構以反映系統(tǒng)真實成本之前，通常不可能最終確定芯片組的選型。而外層所涉及的成本很多時候相當于甚至超過核心芯片組的成本。 第二步是解決所有遺漏的特性和功能。對硬件設計人員來說，一個理想的情況是，有現(xiàn)成的系統(tǒng)級芯片或芯片組包含了需要的所有特性和功能，并且價格合理，能夠滿足不同客戶的需求。 不過，即使上述情形是可能的，但公司將如何實現(xiàn)有別于其它一級電子產品制造商的功能呢？也許更重要的是，公司將如何規(guī)劃未知/潛在的特性？ 這就引發(fā)了一個看似矛盾的問題——外圍電路是可以提供產品差異化的最好機會，并能滿足可擴展性和可復用性；但人們又在盡量避免它，因為外圍電路的設計和選擇是一個反復的過程，類似于一個非常復雜的拼圖過程。 圍繞核心芯片組的外圍器件所執(zhí)行的功能非常廣泛，包括連接性(補充主芯片組遺漏的接口)、協(xié)處理/加速(從主芯片組卸載處理任務)和接口轉換(彌補主芯片組上不合適的接口)。 設計人員試圖尋找能夠滿足特定功能并且價格可接受的合適器件，但他們經常到處碰壁，因為解決架構中某個部分的問題會導致另一個部分出現(xiàn)問題。即使確定了可接受的器件，也還會遇到汽車認證或長期可用性方面的問題。 尤其是對于信息娛樂系統(tǒng)架構，設計人員必須綜合考慮到很多方面，比如音視頻的源端和接收端、有線和無線、顯示器、消費者端口連接和存儲，以及后端汽車網絡等。 上述內容涉及到汽車頭部單元中的各種子系統(tǒng)，而這些頭部單元正是信息娛樂系統(tǒng)的中心硬件組件。 今天，實現(xiàn)系統(tǒng)設計所要求的全部接口數(shù)量——尚不包括服務于每個接口所需的性能——正在呈爆炸式增長，因此對核心芯片組的特性和性能也提出更高要求。FPGA解決方案 目前已經有數(shù)代信息娛樂系統(tǒng)架構平臺使用了FPGA器件，這些FPGA擔負著主處理器或芯片組的支撐(或補充)作用。在這種角色中，F(xiàn)PGA一般被稱為配套芯片。有經驗的用戶已經認識到，F(xiàn)PGA不僅可以用來彌補架構中的漏洞，而且還能更多地被用作核心元件，為基礎架構增加更多的靈活性和可擴展性。 這樣做通常要求在架構定義的早期階段就要引入FPGA，并將FPGA歸類為核心芯片組中的一個元件。這樣，設計人員就能在內存子系統(tǒng)、系統(tǒng)啟動時序、通用系統(tǒng)性能和平臺總體成本等方面獲得各種系統(tǒng)級的益處。 一些芯片組具有內置擴展能力，例如帶有PCIe或其它專用串行/并行接口的芯片組。有些芯片組沒有專門的內置擴展功能，設計人員不得不使用替代性接口，如USB或SD端口。這意味著FPGA必須能夠通過其中一種解決方案支持一種接口，但代價是創(chuàng)建接口需要一定的時間和知識儲備。賽靈思聯(lián)盟合作伙伴Xylon公司已經開發(fā)出一種知識產權(IP)基礎包，可以實現(xiàn)連接不同接口所要求的“管道”，從而有效解決數(shù)據出入主系統(tǒng)的問題。由于無需了解一個特定主機接口的規(guī)范，因而設計人員可以從容地專注于設計的應用方面。既然快速改變主機接口是可能的，那什么時候適合做出改變呢？在許多情形下，調整平臺是有用的方法。將基礎平臺從低端產品調整到高端產品也許就是一個很好的例子。后者可能有要求高帶寬的應用接口——例如視頻輸入——因此PCIe是必要的。在同一系列的低端產品中，也許不要求視頻輸入，此時帶寬需求將顯著下降。這時最具成本效益的架構是使用對主機接口要求較低的應用接口，例如USB或SD。FPGA的靈活性和可擴展性是與生俱來的。在本例中，F(xiàn)PGA本身可以調整到采用相同封裝或不同封裝的更小器件。由Xylon公司開發(fā)的配套芯片接口庫(CCI)提供了非?？焖俚拇罱?ldquo;真實”接口的方法，避免了對性能指標的猜測，而在實際系統(tǒng)中性能指標是高度可變的。該公司的信息娛樂配套芯片開發(fā)平臺提供了簡化設計過程的必要硬件和軟件，不僅具有靈活性和可擴展性的優(yōu)勢，而且縮短了開發(fā)時間。圖：硬件平臺架構流程。電子工程專輯