基于FPGA的汽车电子设计分析

安徽省马鞍山工业学校 杨万仙

基于现代电子技术的汽车电子系统，在当前众多汽车架构中都有着十分广泛的使用，其可以使得汽车电子设计朝着更加灵活化的方向发展，继而满足快速设计的基本诉求。尤其是FPGA（现场可编程门阵列）的出现，使得汽车电子设计解决方案朝着更加高效化的方向发展，引领着汽车电子设计。本文首先概述了EPGA的概况，接着结合实际汽车电子设计案例，分析EPGA在汽车电子设计环节中的运用。

一、EPGA概况

现场可编程门阵列，是在传统PAL，CPLD，GAL等可编程器件基础上创新发展而来的，其充分利用数字集成电路的优势，依靠存储器，处理器，逻辑器件的基本架构，可以为各种特定用途的设计工作提供服务。相比较传统的设计期间，其规模更加庞大，集成度更高，数字化效能明显，可以进行反复编程操作，实现了开发周期的缩短，使用成本也比较低，甚至可以进行在线校验，由此成为很多领域产品生产和原型设计环节的重要辅助工具。

二、EPGA在汽车电子设计中的有效使用

EPGA在不同的汽车电子设计情境中，可以发挥自身完全不同的效能，由此在实现该工具使用的时候，就需要做到具体问题具体分析。从当前实践应用案例来看，汽车电子设计中EPGA的使用，主要可以归结为如下几个方面：

图1 GPS+GSM双重定位的基本设备

（一）车载定位系统设计中的使用

车载定位系统是现代汽车系统架构的重要节点。随着人们对于汽车性能要求的提升，车载定位系统的精确性，成为众多消费者关注的焦点。由此提供更加精确的车载定位系统设计方案，就成为汽车电子设计师普遍关注的焦点。在一款高智能汽车系统研发的时候，设计需求对于车载定位系统的精准性提出了更高的要求，此时就要求设计人员去寻求更加理想的定位手段，以保证实际定位的精确性。在综合考量之后，实际的设计方案如下：融合FPGA和GPS+GSM技术的优势，实现双重定位系统的设计，以保证实际的车载定位系统处于高精度的状态。本次设计方案中，首先充分肯定了EPGA的逻辑控制能力，认为其可以很好的成为车载定位系统的核心，再者NiosII的外接口符合多种配置标准和规范，这使得其呈现出良好的延展性。而GPS+GSM技术模块的融合，可以实现更加有效的定位，两者之间的协作，可以使得双重定位价值得以全面发挥，并且在GSM网络传输和接收的过程中，更加快捷的获取监控数据和信息，这将成为开展实际实时定位和监控功能开发的重要技术手段。图1为GPS+GSM双重定位的基本设备。本次的系统设计需要的硬件设备主要包括：外部存储器，LCD设备，GPS模块，GSM模块，控制模块，EPGA芯片。详细来讲述，EPGA芯片主要包括：接口的驱动，存储器，软核处理器，处理器系统这四个部分。

（二）电子机械制动系统设计中的运用

汽车电子机械制动系统的运作原理比较复杂，其需要保证在刹车环节中踩下制动板，此时通过电子感应可以获取到加速度，力度大小，位移的相关信息，由此可以准确的判定驾驶人员的想法。也就是说在此过程中制动的指令需要通过各种模块实现转化，依靠电控单元，确定对应的信息，由此获取电控单元的传输信号，传输信号在隔离电路和放大电路的帮助下，实现转速和输出力矩的限制，由此将其传递给电机控制器，这样就可以实现车轮的驱动。在此过程中，将EPGA融入其中，可以依照制动传感器和电流传感器的运作情况，实现信号的有效反馈，当期到达电控单元后，实际反馈的信号就可以被调整和改善，这就可以使得制动行为处于可控的状态，由此使得汽车的运行处于相对稳定的状态。在该节点中，主要的模块结构有：电子踏板单元，电控单元，车速采集模块，无刷直流电机，传感器，控制器等。这些都可以在EPGA的辅助下，进行有效的协作，找到各个节点中可能存在的不协调，继而采取有效的措施去改善和完善，由此保证实际系统的设计是有效的，这样的调试反馈，会使得整个设计效率得以不断提升，这也是难能可贵的应用价值。当前很多汽车电子设计的过程中，部分设计人员也会将EPGA的SOPC技术融入其中，其主要的价值在于实现数据采集模块，控制单元，模糊算法模块的进一步融合，由此创设更加理想的检测环境，为实际设计行为提供更多的数据信息参考，由此引导实际的设计工作朝着高效率的方向发展。

（三）车用语音信号处理设计中的使用

汽车智能化发展背景下，对于车用语音信号处理也提出了更高的要求，各种先进的语音识别技术被融入到汽车电子设计环节中去。一般情况下，语音识别的质量评价主要从：反馈速度上。从设备上来看，反馈速度的提升，除了需要依靠硬件加速之外，还需要采用串行技术，确保实际实时性。但是从当前的很多汽车电子设计的案例来看，往往难以达到理想的效果。此时设计人员提出可以使用高主频的EPGA，其功耗比较低，实际体积也不大，可以结合不同的需求来进行优化设计，由此可以很好的被使用到语音信号处理的环节。一般情况下，这种硬件主要有：能量计算模块，语音信号滤波模块，语音信号分帧模块，语音信号加窗模块等，其运行价值为：在进入EPGA之后，会执行滤波操作，并且在仿真测试环境中，充分的发挥对应模块的效能，就可以使得设计人员更好去进行规划和安排。

三、EPGA汽车电子设计应用预测

随着EPGA汽车电子设计应用经验的不断积累，其在设计中的辅助效能会不断展现出来，继而成为未来汽车行业可持续发展的重要设计手段。也就是说，基于当前EPGA技术的使用实践，可以使得我们清晰的认识到该技术的应用价值，而为了切实的发挥其应用价值，还需要我们在汽车电子设计的过程中做出更多的尝试和探索。在此节点，需要以发展的眼光去审视，积极推动技术革新，形成全新的技术格局，由此辅助汽车电子设计，保证实际的汽车电子设计朝着可持续的方向发展。从当前汽车电子设计的经验来看，其未来的发展趋势可以归结为如下几个方面：

（一）标准化

EPGA在汽车电子设计节点中的运用，会使得实际设计辅助的价值得以不断发挥，而在此过程中实际的辅助行为模式也慢慢形成，由此渐渐形成各种规格的设计标准和规范，使得EPGA的使用行为朝着规范化和标准化的方向发展。无论是从行业长期发展的维度来看，还是从实际设计辅助工具优化来看，EPGA的标准体系构建，将会成为未来其在汽车电子设计中得到更好应用的前提和基础。当然标准体系必然是多元化的，其结合汽车电子设计的不同节点，实现实际设计方案的提供，由此使得设计行为模式得以固化，继而使得其更好的服务于汽车电子设计领域。

（二）智能化

随着云计算与大数据技术服务的多样化发展和进步，使得EPGA设计优化工具的功能开始展现出智能化的一面。据调查，部分企业已经推出了新一代的EPGA设计优化工具，其甚至可以在不修改代码和约束条件的前提下，依靠机器学习和大数据分析的方式，使得时序收敛的问题得到解决，由此创设出更加理想的设计优化环境，确保实际的设计行为展现出智能化的特点。也就是说未来的EPGA会与云计算技术，大数据技术融合起来，形成更加智能化的设计格局，由此使得设计人员可以更好的与工具实现交互，以变提供更多的汽车电子设计方案，使得汽车电子设计工作质量得以提升。

（三）多功能化

EPGA在汽车电子设计中的应用，会使得其功能朝着更多的方向发展。其应用范围会更加广泛，实际的性能会更加多样化。从当前来看，其在I/0硬件定时环节能够发挥效能，其实际的运行更加稳定，可以很好的作用于数字信号处理和分析中。对于汽车电子测试而言，这种解决方案更加低成本。再者还可以在车载数据采集，电子控制单元，硬件在环仿真等环节发挥效能。除此之外，在未来EPGA将会在电子设计中发挥着更加大的效能。

四、结语

综上所述，因为现场可编程门阵列(FPGA)技术具有自定义逻辑功能和高可靠性的特点，所以，工程师已将FPGA技术融入测试系统，解决汽车电子设计与测试的困难，同时满足低成本、系统可扩展性和复杂的测试环境要求。本文结合多个应用案例，分析该技术在实际汽车电子设计环节中的应用价值，其充分展现出自身的技术效能，使得我们意识到该技术对于汽车电子设计的重要性。笔者认为应该积极开拓创新，实现该技术体系的不断构建，以多功能，智能化，标准化为目标，实现该技术的不断研究，继而将其更快的渗透到实际的汽车电子设计环节，由此推动汽车电子设计工作格局得以变革。