用于汽车接口、安全和计算密集型负载FPGA的选择和使用

用于汽车接口、安全和计算密集型负载FPGA的选择和使用

由于可以对 FPGA 进行编程以支持各种电气接口和协议，因此它们可以充当 MCU/AP 与传感器、摄像头和显示器之间的桥梁。此外，由于它们可以以大规模并行方式执行计算和操作，FPGA 可用于执行计算密集型视觉处理和 AI 任务，从而腾出主机处理器用于其他活动。

本文讨论了现代汽车的处理要求，并描述了 FPGA 可以解决的一些汽车应用。然后介绍了莱迪思半导体的一些示例 FPGA，并展示了如何使用它们来解决连接、处理和安全问题。还提供了相关的开发板以帮助设计人员入门。

FPGA 的目标汽车应用

一个相对较新的趋势是部署电子（也称为“数字”）后视镜。在这种情况下，后窗内安装了广角高分辨率摄像头。来自该摄像头的视频流显示在数字显示屏上，取代了传统的镜子，从而形成清晰的后方视野，不受后座乘客的阻碍。在某些情况下，来自安装在后视镜上的摄像头的视频流可能会与来自后窗摄像头的视频流合并。这三个信息被“拼接在一起”，以提供在超宽电子镜上呈现的单一图像，从而使驾驶员对车辆周围发生的情况有更高程度的态势感知。

最近的另一个趋势是在仪表板上、转向柱上或集成到后视镜（常规或电子）中部署车内摄像头。当与 AI 结合使用时，这些车内后视镜可用于各种任务，例如识别谁坐在驾驶座上并相应地调整后视镜和后视镜。除了监控司机以确保他们注意道路而不是打瞌睡外，这样的系统还可以寻找困倦的迹象，以及医疗问题或痛苦，如癫痫发作或心脏病发作，并采取适当的措施行动。这些操作可能包括激活危险警告灯、应用刹车以及将车辆引导到路边。

汽车级设备

IATF 16949:2016 是一项技术规范，旨在开发质量管理体系，提供持续改进、强调缺陷预防以及减少汽车行业供应链和装配过程中的变化和浪费。IATF 16949:2016 基于 ISO 9001 标准，由国际汽车工作组 (IATF) 和 ISO 技术委员会创建。

汽车市场的电子系统供应商越来越要求半导体供应商提供符合 AEC-Q100 标准的产品，并且能够证明其质量体系的 ISO/TS-16949 认证。

为工作选择正确的 FPGA

图 1：可作为嵌入式视觉开发套件输入的 CrossLink-NX VIP 传感器输入板包含一个 CrossLink-NX FPGA，并支持四个 MIPI Sony IMX258 图像传感器的聚合。（图片来源：莱迪思半导体）

图 2：ECPe Versa 开发套件采用半长 PCI Express 外形尺寸，让设计人员能够评估 ECP5 FPGA 的关键连接特性，包括 PCIe、GbE、DDR3 和通用 SERDES 性能。（图片来源：莱迪思半导体）

使用 FPGA 保护汽车

来自黑客的安全威胁正在增加，新的违规行为不断发生。就汽车而言，网络攻击可能导致失控，导致乘客和行人受伤或死亡，以及汽车、其他车辆和财产损失。

特别令人感兴趣的是，MachXO3D 是唯一一款同时具备双引导功能和少于 10K LUT 的 FPGA，它配备了经过国家标准与技术研究院 (NIST) 认证的硬性不可变安全引擎。这使得 MachXO3D 可以作为汽车的 HRoT 以系统的先启动后关闭设备的形式出现。系统通电后，MachXO3D 首先会检查以确保它正在运行经过验证的固件。然后它检查系统中其他设备的固件。如果系统中的任何组件（包括其自身）受到攻击或破坏，MachXO3D 会拒绝可疑固件并使用已知良好、经过验证的固件映像重新加载该组件。

该板采用 4 x 6 英寸外形尺寸，具有用于供电和编程的 USB mini-B 连接器，以及支持 Arduino、Aardvark、FX12、Hirose 和 Raspberry Pi 的多个接头位置。随附 USB 数据线和快速入门指南。

结论

现代汽车电子需要越来越多的传感器、电气接口和协议，对处理能力和带宽也有相应的要求。人工智能和机器视觉处理以及安全要求的增加使使用经典 MCU 或 AP 方法的解决方案实施变得复杂。

如图所示，通过适当应用 FPGA，设计人员可以增加一定程度的灵活性和处理能力，以桥接不同的处理环境，执行传感器聚合和融合功能，满足 I/O 带宽要求，并以大规模并行方式执行计算和操作，同时释放主机处理器用于其他活动。

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