車載網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的可縮放性問題

　　十年來，車載網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)已變得更為復(fù)雜。雖然車載網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的數(shù)量有所減少，但實際在用的網(wǎng)絡(luò)數(shù)量卻大大增加了。這就提出了網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的可縮放性問題，并且要求為滿足各種應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)的實際需要而優(yōu)化半導(dǎo)體器件。

　　FPGA 曾一度被認(rèn)為是僅用于開發(fā)的解決方案，如今其價位下降使許多問題迎刃而解，因此已經(jīng)以低于傳統(tǒng) ASIC 或 ASSP 解決方案的總體系統(tǒng)成本投產(chǎn)。現(xiàn)在，面向汽車市場的各大 FPGA 供應(yīng)商均已通過 ISO-TS16949 認(rèn)證，從而促使可編程邏輯器件成為汽車市場的主流技術(shù)。

　　車載網(wǎng)絡(luò)電氣架構(gòu)

　　過去十年間，很多專門的汽車原始設(shè)備制造商的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議已經(jīng)讓位于 CAN、MOST 和 FlexRay 等更為標(biāo)準(zhǔn)化的全球協(xié)議。因此，半導(dǎo)體供應(yīng)商悉心制造符合這些協(xié)議的器件，這使一級配件供應(yīng)商競爭更加激烈并且紛紛降價，同時也促進(jìn)了汽車原始設(shè)備制造商之間的模塊互通性。但是，今天的汽車電氣架構(gòu)中仍有許多問題困擾著汽車原始設(shè)備制造商和一級配件供應(yīng)商。

　　工程師可以按幾種不同方式劃分和制定網(wǎng)絡(luò)方略。高端汽車最多可有七條不同網(wǎng)絡(luò)總線同時運行。例如，一輛汽車可以有一條 LIN 回路用于后視鏡、一條 500 Kbps 的低速 CAN 回路用于座椅或車門控制等低端功能、一條 1 Mbps 的高速 CAN 回路用于車身控制、另一條高速 CAN 回路用于駕駛員信息系統(tǒng)、一條 10 Mbps 的 FlexRay 回路用來提供實時駕駛員輔助數(shù)據(jù)，以及一條 25 Mbps 的 MOST 回路用于在導(dǎo)航或后座娛樂等多種信息娛樂系統(tǒng)內(nèi)部或之間傳輸控制和媒體流。

　　另一方面，低檔汽車可以只有一條 LIN 或 CAN 回路，令所有其他模塊幾乎毫無交互操作地獨立工作。各汽車原始設(shè)備制造商都以不同方式處理模塊間通信和汽車網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，而且每種車載平臺都不同，這使一級配件供應(yīng)商難以開發(fā)既有正確接口又可重復(fù)使用的模塊架構(gòu)。容納模塊的最終架構(gòu)的不確定性正是 FPGA 的用武之地。

　　ASIC、 ASSP 和微控制器具有固定的硬件架構(gòu)，往往使其資源非缺乏即過剩，毫無靈活性可言。FPGA 的可編程性(以及可再編程性)便于增減片上通道(如 CAN 的通道)，而且允許重新使用 IP。有了這種靈活性，即可將針對網(wǎng)絡(luò)接口的數(shù)量和類型進(jìn)行優(yōu)化的解決方案迅速制成模塊。

　　網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的半導(dǎo)體實現(xiàn)

　　FPGA 的長處不僅在于接口數(shù)量與類型方面的可縮放性。就 ASSP、ASIC 和微控制器而言，其外設(shè)宏指令是在硬件中實現(xiàn)，這使其自然缺少靈活性。而在 FPGA 環(huán)境中，網(wǎng)絡(luò)接口 IP 本身可根據(jù)所用 IP 進(jìn)行優(yōu)化。

　　例如，使用 Xilinx? LogiCORE? CAN 或 FlexRay 網(wǎng)絡(luò) IP，用戶可以隨同濾波器的數(shù)量一起靈活地設(shè)置發(fā)射和接收緩沖器的數(shù)量。在傳統(tǒng)硬件解決方案中，使用 CAN 控制器的工程師通常只有 16、32 和 64 個消息緩沖器這三種配置選擇。根據(jù)系統(tǒng)功能的級別和 FPGA 外部的可用處理，Xilinx 的可縮放 MOST 網(wǎng)絡(luò)接口解決方案包括可配置成主動操作或從動操作的網(wǎng)絡(luò)控制器 IP 以及異步采樣速率轉(zhuǎn)換器 (ASRC)、數(shù)據(jù)路由器或者復(fù)制保護(hù)加密引擎等大量 IP。

　　這種 IP 允許優(yōu)化，既能裝入低端解決方案的較低密度器件，也能裝入高端解決方案的較高密度器件，而其封裝常常在模塊的目標(biāo)電路板上占用同樣的面積。另外，對于各主要協(xié)議，均已開發(fā)出可完善解決方案的中間件堆棧和驅(qū)動器。FPGA 解決方案的這種可縮放性和通用性在傳統(tǒng)汽車硬件解決方案中是根本不可能實現(xiàn)的。

　　各大 FPGA 供應(yīng)商都采用軟微處理器，這些軟微處理器可以在控制功能的架構(gòu)中有效實現(xiàn)，并且其運行速度可與某些硬件中嵌入的微處理器媲美。FPGA 架構(gòu)的另一大優(yōu)勢是能夠通過使用乘法器或片上硬 MAC 中的并行 DSP 處理功能來卸除微處理器和分區(qū)上的處理任務(wù)，從而提高總體性能和吞吐量。

　　我們已取得長足進(jìn)步

　　可編程邏輯器件已取得長足進(jìn)步，逐漸成為汽車市場的主流技術(shù)。各種可編程邏輯器件在可靠性方面難分伯仲，而 FPGA 技術(shù)則可以實現(xiàn)靈活的可縮放集成，這在傳統(tǒng)的 ASIC、ASSP 或微控制器架構(gòu)中是不可能實現(xiàn)的。開發(fā)周期縮短，可編程邏輯器件供應(yīng)商采用先進(jìn)的工藝技術(shù)，以及可編程器件必然會帶來規(guī)模經(jīng)濟，這些均促使總體生產(chǎn)系統(tǒng)成本得以降低。

　　隨著車載網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵 IP 和解決方案日趨成熟以及 FPGA 架構(gòu)的性能潛力逐漸提高，可編程邏輯器件將成為主角，幫助攻克車載電氣架構(gòu)的開發(fā)中所固有的某些工程難題。

　　FPGA 模塊TQM hydraXC：

　　最小且通用性最強的可重配置計算硬件平臺

　　? 基于 XILINX Spartan 3、Virtex 4 和 Virtex 5 技術(shù)

　　? 10/100 以太網(wǎng)、USB 2.0、RTC

　　? SPI-Flash、NAND-Flash、DDR2 / SDRAM

　　? 尺寸：2.13 英寸×1.73 英寸 (54 mm×44 mm)

　　? 可編程 VCC IO

　　用 TQM hydraXC 的嵌入式解決方案，具有以下優(yōu)越性

　　? 上市時間短

　　? 經(jīng)濟的系列化生產(chǎn)

　　? 極高的靈活性

　　? 減少硬件