FPGA技术在汽车电子中的应用

刘春玲

FPGA技术在汽车电子中的应用

刘春玲

现场可编程门阵列(FPGA)技术因其可靠性和自定义逻辑等特点受到了众多领域的广泛关注，现阶段我们的工程师已经将这一技术很好的融入到测试系统当中，以此来解决汽车电子设计与测试所存在的问题，而且还满足了低成本和复杂的测试环境要求，本文就将针对现场可编程门阵列技术在汽车电子中的应用进行相应的分析研究。

1.现场可编程门阵列技术的应用

现场可编程门阵列是PLAPLD等可编程器件发展的产物，所以其自身的逻辑功能也是由内部规则排列的逻辑单元陈列完成的。现场可编程门阵列技术有其技术上的优势，比如说可靠性高，以及超强的数字信号处理能力等等，这些优势为汽车电子技术提供了低成本的解决方案，现阶段现场可编程门陈列技术在汽车电子应用中的运用主要涵盖了汽车车载数据的采集以及电子控制器的硬件在环仿真技术上。

1.1 车载数据采集技术

车载数据采集系统是当前我国汽车电子测试当中比较常见的车载运用系统，它主要用来记录汽车内部的传感器信号，并对汽车测试系统的可靠性和开发性都是有着很高要求的，目前车载应用涉及的相关技术指标主要包括信号调理和分析，采样率等等，除此之外，应用现场可编程门阵列技术还可以对传感器信号进行高级信号处理，由于在信号处理系统当中，对底层的信号处理需要大量的数据为依托，而且对处理的速度要求也是非常高的，但是算法要比其他的信号处理算法简单一些，这时我们就可以用现场可编程门阵列来进行编程。

1.2 电子控制器的硬件在环仿真

汽车电子技术中的硬件在环仿真是整个汽车设计流程中非常关键的组成部分，硬件在环仿真技术可以在虚拟的运行环境当中进行实际模拟，是实际模拟的重要工具，它的特点就在于它可以对实际情况进行仿真模拟而不会有什么危险，它可以在真实的环境中对相关的汽车控制装置进行测试，可以说对于汽车测试来说，硬件在环仿真技术可以在汽车达到最高行驶速度下进行相关数据的测试，这样的一种测试手段可以极大的缩短汽车开发的周期，降低测试成本，加快汽车上市时间。

2.图形化现场可编程门阵列

现场可编程门阵列技术有很多优点，我们在前面也提到过，像自定义逻辑、可靠性高等等，可以广泛的被应用到车载测试中，但是我们的工程师在对现场可编程门阵列进行编程的时候，往往需要掌握很多的硬件设计语言，而图形化的开发工具则需要创建可扩展测试测量，而这些测量方法还需要我们的应用系统科学家去设计，这样就可以更好的达到用最小的成本来开发汽车电子系统的需求。

而直观的图形化开发特性则可以使工程师将更多的精力放在产品的功能开发商，这样就可以进一步的缩短开发的时间和经济成本，而且开放性软件平台的建设还为汽车的发展提供了多种模块来提高汽车电子系统的发展进度，打个比方，我们在运用LabVIEW FPGA模块的时候，工这时的工程师就没有必要再去掌握那些硬件描述语言和硬件设计的相关知识，也可以在操作界面上对汽车电子技术进行系统性的操作，而利用图形化的开发现场可编程门陈列逻辑代码就可以直接下载到硬件目标当中。从而创建自定义硬件，让二者之间可以实现同步测量。如果测试要求出现改变的时候，那么我们就可以通过下载新的源代码到现场可编程门陈列当中，就不再需要重新制定硬件，可以说图形化开发软件的出现极大的提高了工程师的整体工作效率和工作质量。

3.现场可编程门陈列在汽车电子中的应用

（1）便携式车载数据采集系统

车载数据采集的信号类型主要包括温度信号、声音和振动信号、压力和荷载信号等等，这些信号都可以用于汽车性能的评价，便携式车载数据采集系统是当前汽车行业分析的重要组成部分，而对汽车电子的硬件平台是基于现场可编程门陈列技术的嵌入式系统，而现场可编程门陈列芯片又是硬件平台体系结构的核心，它和车载模块是联系在一起的，车载模块能够直接与车用传感器、执行器和网络相连接，而且还能够提供信号调整和汽车总线，在硬件平台中还包含一个嵌入式的实时处理器，它能够用在汽车电子的独立工作、确定性控制以及车载数据的记录和分析等等，而Compact RIO有坚固的机械封装，能够承受50克的冲击，在零下四十到七十度的工作温度范围内保持温度运行。还可以提供双电压输入，携带方便，还可以直接从车上的电池中获取电量，这些优点都很好的将硬件适用在相对复杂的车载测试当中，现阶段现场可编程门陈列技术已经成功的运用在了实验室等汽车测试当中，而且通过测试我们发现，这种测试手段还可以长时间的去记录汽车的相关数据，不仅如此，车载模块与相关的内置应用程序也能够实现不同测试数据的基本要求。

（2）用于汽油发动机的硬件在环仿真中

现阶段我们开发的可编程发动机硬件在环仿真系统能够直接对12缸汽车的喷射器进行相关的仿真实验，这也是我国第一种对这种情况进行仿真的系统，这种发动机硬件在环仿真系统一般可以与曲轴的角度进行同步记录。用这一系统来记录汽油喷射的时间，不仅如此，它还可以将数据直接提供给控制器来作为仿真的输入，通过模拟接口采集输入信号，从而输出与之相适应的变量数据，汽车电子中的一些碰撞信息主要是通过独立传感器进行传递的，基于此种情况，我们就可以根据用户的实际使用需求来产生汽车转速的输出信号。

硬件平台还为系统提供了完整的硬件模块选择，与此同时高级的触发特性还保证了汽车信号的同步采集，而基于硬件平台的可重复配置模块，更可以保证高精度的采集发动机去传递数据信号，由于我们运用了现场可编程门阵列，使得相关的组合逻辑更加的方便，而且还针对不同的气缸数目，使得各种发动机应用出不同的软件配置，这样就能够有效的节省开发的成本，提升了产品的性能。与此同时，使用LabVIEw仿真接口工具包，可以节省开发的时间，也就是说，现场可编程门陈列硬件平台的建立和基于现场可编程门陈列的可重复配置组件体现出了灵活性的特点，而开发的高性能硬件在环仿真系统成功的应用在了12缸的概念车型验证中。

现场可编程门陈列技术为我国汽车测试技术的创新带来了很大的影响，凭借着基于现场可编程门陈列技术的硬件平台建设，有效的解决了汽车设计和测试应用的相关问题，不再需要多个定制的测试设备，而基于图形化的现场可编程门陈列技术则极大的缩短了开发的时间，基于硬件平台的可重复配置模块也是属于现场可编程门陈列的硬件平台，广大用户不仅可以开发适用于汽车总线的车载测试应用，还可以用于汽车电子设计流程中的硬件在环仿真方面的测试。

结语

现场可编程门陈列技术对我国汽车电子中的影响是非常关键的，随着我国社会经济的不断发展，汽车产业是我国对外贸易，社会发展的支柱型产业，怎样更好的发展汽车电子技术也就成为了当前汽车研究人员都在分析的问题，相信随着我国汽车电子技术的不断发展，会有更多的先进技术融入到汽车电子技术当中。更好的服务于我国的汽车电子应用。为我国汽车行业的发展奠定基础，进一步的促进我国汽车电子技术的发展。

（作者单位：黑龙江信息技术职业学院）

刘春玲（1985.4-），女，黑龙江哈尔滨，工程硕士，讲师，研究方向图像处理、FPGA技术。