利用FPGA和完整的IP解决方案优化汽车电气架构设计

在过去的十年中，车辆网络架构变得越来越复杂。尽管车载网络协议的数量减少了，但实际部署的网络数量却大大增加了。
这就提出了网络体系结构的可扩展性问题，并且需要对半导体器件进行优化以满足各种应用和网络的实际需求。 FPGA曾经被认为是仅用于开发的解决方案，但是现在它的价格下降非常快，使得许多问题容易解决，甚至可以以比传统ASIC或ASSP解决方案更低的总体系统成本投入生产。
现在，面向汽车市场的主要FPGA供应商已通过ISO-TS16949认证，从而使可编程逻辑器件逐渐成为汽车市场的主流技术。车载网络电气体系结构：在过去的十年中，许多专用的汽车制造商的网络协议已被CAN，MOST和FlexRay等更标准化的全局协议所取代。
因此，半导体供应商可以专注于符合这些协议的制造设备，使一线配件供应商更具竞争力并降低价格，同时还可以提高汽车OEM制造商之间的模块互操作性。但是，当今的汽车电气架构中仍然存在许多困扰汽车OEM制造商和一线组件供应商的问题。
工程师可以通过几种不同的方式来划分和制定网络策略。高端汽车最多可以同时运行七个不同的网络总线。
例如，汽车可以具有用于后视镜的LIN电路，用于座椅或门控制等低端功能的500Kbps低速CAN电路，用于车身控制的1Mbps高速CAN电路以及另一个高速CAN电路。对于驾驶员信息系统，使用10Mbps的FlexRay电路来提供实时的驾驶员辅助数据，而使用25Mbps的MOST电路来在诸如导航或后座娱乐系统之类的各种信息娱乐系统之内或之间传输控制和媒体流。
另一方面，低端汽车只能具有一个LIN或CAN回路，因此所有其他模块都可以独立工作而无需任何交互。不同的OEM汽车制造商以不同的方式处理模块间通信和汽车网络拓扑，并且每个车辆平台都不同，这使得第1层组件供应商很难开发具有正确接口并可以重复使用的模块体系结构。
FPGA进入的最终结构的不确定性在于FPGA。ASIC，ASSP和微控制器具有固定的硬件体系结构，它们的资源经常缺乏或过剩，并且根本没有灵活性。
FPGA的可编程性（和可重新编程性）促进了片上通道（例如CAN通道）的增加或减少，并允许IP的重用。有了这种灵活性，就可以优化网络接口的数量和类型。
该解决方案很快被制成模块。半导体实现网络协议FPGA的优势不仅在于接口数量和类型的可扩展性。
对于ASSP，ASIC和微控制器，它们的外围宏是在硬件中实现的，因此它们固有地缺乏灵活性。在FPGA环境中，可以根据使用的IP优化网络接口IP本身。
例如，使用Xilinx LogiCORE CAN或FlexRay网络IP，用户可以灵活设置发送和接收缓冲区的数量以及过滤器的数量。在传统的硬件解决方案中，使用CAN控制器的工程师通常只有三个配置选项：16、32和64消息缓冲区。
根据系统功能的级别和FPGA外部可用的处理能力，赛灵思的可扩展MOST网络接口解决方案包括可配置为主机操作或从机操作的网络控制器IP，以及异步样本。速率转换器（ASRC），数据路由器或复制大量IP，例如用于保护的加密引擎。
这种类型的IP允许优化，可以在低端解决方案的低密度设备和高端解决方案的高密度设备中安装，并且通常安装在模块的目标电路板上。上面使用了相同的封装轮廓。
此外，对于每个主要协议，业界都开发了可以改进解决方案的中间件堆栈和驱动程序。在传统的汽车硬件解决方案中，FPGA解决方案的可扩展性和多功能性根本无法实现。
每个主要的FPGA供应商都有软微处理器，可以在控制功能的结构中有效地实现这些软微处理器，并且其运行速度可与某些硬件中嵌入的微处理器相媲美。