FPGA技術應用 - ADAS：汽車控制領域未來發(fā)展趨勢

　　需求：靈活的高性能技術平臺

　　雖然很難詳細預測這些功能的未來發(fā)展，以后會應用到什么程度，但是，從技術角度看，有幾點是明確的：

　　沒有一種單一的體系結構能夠滿足新出現(xiàn)的各類應用需求。

　　需要采用靈活的平臺適應市場發(fā)展趨勢，實現(xiàn)最新的功能，同時滿足成本、規(guī)劃和性能目標。

　　要滿足ADAS應用的高性能需求，應在軟件和硬件上達到均衡。

　　系統(tǒng)使用多個不同類型的傳感器來完成安全相關任務，這類系統(tǒng)今后的發(fā)展會比較強勁。

　　信號融合

　　需要特別注意的是，大部分ADAS應用需要對來自多個傳感器的多路信號進行處理和分析，包括，視頻攝像機、雷達、紅外傳感器，以及今后可能出現(xiàn)的激光等其他傳感器信號。例如，危險探測不僅僅需要對來自多個攝像機的數(shù)據(jù)流進行集成和分析，而且，如果要用在全天候各種天氣條件下，還必須采用雷達數(shù)據(jù)。傳感器融合這一術語用于描述ADAS應用中不同信號的集成。

　　處理信號融合這一難題的一種算法解決方案是Kalman濾波，它集合了很多種算法。這是說明ADAS任務有多復雜的一個很好的例子。例如，Kalman濾波能夠集成視頻和雷達輸入信號，使用這些數(shù)據(jù)來生成當前環(huán)境的快照。然后，它在這些快照上應用名為“航位推測”的過程，根據(jù)物理條件，計算周圍環(huán)境“可能”會出現(xiàn)什么狀況。例如，它估算周圍車輛的新位置，確定路邊的樹木沒有移動等。然后，Kalman濾波功能對比這兩類快照，在可信度基礎上，估算出應采取哪些措施。例如，如果汽車使用了ACC，車頭距離太近，那么，可以減速，或者剎車。

　　ECU的角色

　　控制這些過程的電子設備集成到發(fā)動機控制單元（ECU）中。這些系統(tǒng)最初應用到汽車中是為了通過控制燃油噴射、點火時間、怠速等功能，滿足環(huán)境標準要求，而現(xiàn)在這些系統(tǒng)的功能越來越多了。一般而言，分別開發(fā)這些功能（例如，雷達和攝像機），逐個集成到車輛中，導致由多個ECU完成多種功能。從成本的角度看，這并不是理想的方法。更好的方法是，將很多傳感器的輸出連接至一個處理單元，進行傳感器融合，更可靠的理解車輛的狀況，在軟件中開發(fā)相應的應對策略。但是，這一集成方法所需要的計算能力已經遠遠超出了中端車輛的成本預算。為能夠同時滿足性能、成本需求，象軟件一樣靈活，很多體系結構采用了現(xiàn)場編程陣列（FPGA）技術。

　　FPGA和傳統(tǒng)集成電路的不同在于，F(xiàn)PGA離開工廠后是可編程的。這意味著，可以對其進行修改，在設計/產品周期后期，滿足最新傳感器獨特的輸出格式要求，以及最新的計算算法或者規(guī)范要求，因此，非常適合應用于各種體系結構，在最后一刻應用新特性。

　　Altera低成本Cyclone系列FPGA完全能夠適用于汽車領域，支持工程師將傳感器接口、圖像處理、通信接口和分析等多種功能集成到單片硅片器件中，減少了典型ECU體系結構的元器件數(shù)量，降低了復雜度。Altera FPGA采用了硬件加速功能來處理高清晰視頻的720p30 （720掃描線，每秒30幀）數(shù)據(jù)流，以及下一代傳感器的77-GHz輸入。與完全將這些算法集成到硬件中不同，Altera FPGA的高性能硬件和軟件可編程特性確保了能夠滿足ADAS應用嚴格的25至30-ms延時要求。

　　Altera FPGA不但在技術上非常出眾，而且縮短了設計周期，支持OEM和Tier 1生產商盡快將ADAS應用推向市場，不需要大幅度改動硬件就能夠突出產品優(yōu)勢，從而進一步增強了商業(yè)價值。此外，Altera還提供簡單方便的專用集成電路（ASIC）引腳兼容移植途徑，降低了整個產品生命周期的成本。

　　總結

　　當今全球汽車市場的競爭和法規(guī)壓力促使生產商在其車輛中靈活的采用ADAS技術。Altera FPGA靈活的結合了技術和性能指標，是滿足這些目標要求的理想器件。