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FPGA推动多用户信息娱乐功能

莱迪思半导体公司Kerry Howell?? 2008年12月01日 ?? 收藏0

  汽车的信息娱乐特性和功能随着每一代车辆而发展。对于汽车的信息娱乐,几乎每个人都关注经典的4门轿车。那么乘载不同偏爱的8个或更多人员的车辆又会怎样呢?同时向每一位乘客发送唯一的媒体流是可能的,就像飞机上的乘客有广泛的视频、音频甚至游戏选择。汽车的信息娱乐功能迅速地成为在航空市场找得到的东西的扩展。 一些具有通信系统的汽车的多媒体功能能够访问Internet,你可以使用Google Earth画出你的旅程。添加email功能,孩子也许不再要走出车辆…“我们在那里吗?”也许成为过去的抱怨。

  多媒体设计者的挑战是构建一个能在任何车辆使用的模块系统,从两座的跑车到大型货车。有许多因素直接影响实现系统的功能和成本。FPGA增加最大价值的领域是处理功能、设计整合,以及连接到标准接口。

  处理功能

  多媒体系统的处理结构有两个主要的选择:中央处理系统,单个处理系统,或者完全分布式系统,在网络的每个节点都具有智能。

  中央处理系统

  这个典型系统主要用在如今低中价位车辆中。系统由单个中央处理引擎组成,管理导航、信息娱乐和气候控制,通常采用单个显示屏。在小型车辆中单个中央处理引擎能很好地工作,因为在系统中有较少的处理要求,在处理硬件和显示屏之间的互连距离相对较短。在这种类型的系统,驾驶员与乘客之间通过导航、气候和用通用控制系统处理的多媒体数据进行互动。较新的车辆有多个LCD显示屏,根据使用者的需求显示不同的媒体内容:驾驶员或者乘客。通过触摸屏显示或者外部人机接口(HMI)控制进行控制互动和反馈。

  中央处理系统方法有几个缺点。其中之一是要包含较多的特性和功能,为了管理实时的数据,必须有功能强的处理器和硬件。另外一个缺点是有远端的显示时(例如后排座位),设计时要考虑布线的成本和重量。这就是为什么目前后排有DVD的系统使用分开的系统(DVD和显示),与主控制台没有互动。在有3个或更多乘客的车辆中,每个人需要拥有丰富媒体内容的独立媒体流,中央处理系统不久就用尽资源,进而不知所措。

  商业航空系统首先遇到了为许多乘客构建多媒体系统的挑战。多年来,飞机上配置了提供各种随选多媒体选项。这个结构需要很强的多媒体服务器及传递网络。这个方案在200个乘客的飞机中是可行的,而对个人车辆来说是不实用的,因为有重量、所需空间和成本方面的原因。

  分布式处理系统

  在汽车系统中,以合理的价格提供必须的处理功能的解决方案是分布式网络系统。正如计算机从远距离终端的主机发展到网络PC,汽车信息娱乐系统从中央系统演进到分布式处理模型:已在讨论MOST、WiMax、ZigBee、Bluetooth 和 Ethernet作为汽车多媒体布线媒介。在汽车应用中,这些互连技术的每一种既有优点也有约束。这篇文章的目的不是倡导任何解决方案,这里所述的仅是互连结构。本文的目的是阐述FPGA如何支持在汽车系统中实现这些技术。

  有若干不同的配置和子系统的类型用于分布式处理系统。典型的是接近或在汽车仪表板里的主控单元,这是一个处理导航和气候控制的主系统控制器,以及主音频控制和显示。主控制器通过网关/防火墙连到汽车的安全和控制总线,因此它可以给仪器和气候控制系统发送和接收信息。防火墙防止多媒体总线上的活动影响CAN 或者FlexRay总线上的车辆操作。像USB、SD卡、iPod辅助输入设备和存储器件可以通过这个系统连接到网络。通过结构连接的是一些子系统或者服务提供者,例如Audio、TV、 Internet、GPS、DVD和硬盘驱动器,参见图1。每一种服务提供者是一个独立的单元,可以发送数据至主控单元,或者任何有请求的座位电子单元(SEU),也可以接收来自主控单元的数据,或者任何有请求的座位电子单元。任何独立的座位电子单元可以连接到服务提供者,控制并在本地SEU上显示所选的媒体内容。

图1 分布式多媒体系统

  
  在这个类型的分布式系统,驱动器用仪器、基本多媒体和导航功能来控制车辆。乘客可以听音乐、看电影、玩游戏、在GPS上策划路线,或者旅行时搜索Internet,所有做的这些事都通过相同的多媒体网络。

  FPGA使能高级系统

  在汽车系统,FPGA很快成为标准元件。FPGA在视觉、多媒体、仪器和气候控制应用方面有很大的灵活性,对竞争价格提供上佳的逻辑功能和整合。FPGA优于可选解决方案的另外一个主要优点是设计者的能力,即用广泛的多媒体系统接口标准对它们编程的能力,多媒体系统接口标准诸如SD card、 SATA、Ethernet、 PCI、 USB、 CAN 和 MediaLB。在中央处理及分布式处理系统,FPGA提供灵活的解决方案。

  对多媒体应用中使用的FPGA像I/O协处理器,设计灵活性是主要的原因,特别是连接到不同系统的接口。通过合并多功能至单个器件,在设计和测试结果方面做了改变,因此设计者节约了大量的时间。图2为I/O处理器的应用,FPGA中包含了各种I/O和网络功能,并有SERializer/DESerializer (SERDES)通道。这样的FPGA能够支持PCIexpress、Ethernet 和SATA 接口。LatticeECP2M FPGA是低成本FPGA,拥有高级I/O功能,例如7:1 LVDS、PCI SERDES通道。I/O处理器系统可以整合用于高级多媒体系统的许多接口。不像ASIC或者ASSP,FPGA是可编程的,因此可以从设计添加或去除不同的接口,这取决于需要用于特殊实现的接口。有了这样的设计灵活性,单片FPGA可以配置运行于任何子系统节点。


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