FPGA在汽车设计中发挥的作用

在新冠疫情期间，我们见证了很多不同寻常的事，其中之一就是供应链困局可能会给很多人带来影响。尤其是汽车行业的供应链十分复杂。现在即便是普通消费者也知道半导体芯片对当今日益智能的汽车有多重要，如果芯片供不应求，汽车就无法生产。

他们可能不太了解的是，FPGA在当今最新的汽车设计中发挥着至关重要的作用。事实上，对于技术先进的汽车来说，采用多达10-12片FPGA的情况并不少见，它们通常是不同类型的，并执行一系列重要功能。

从当今的架构灵活过渡到新兴的区域性架构

例如，汽车上越来越多的摄像头和其他视觉传感器就是FPGA的一个很具代表性的应用，它们可以控制来自车载摄像头的信号并传输到车辆的主要计算单元，通常是某种类型的SoC。FPGA的桥接功能允许多个高分辨率摄像头在其所处位置附近（例如前或后保险杠）将信号组合或多路复用在一起，然后在信号到达SoC时进行分离或解复用。

许多现代汽车开始采用这些区域性架构，其中传感器、计算和互连元件被组合成不同的计算“区域”，然后将来自不同区域的结果发送到主SoC。这些连接面临的挑战之一是不同车辆之间它们各不相同。虽然许多摄像头和一些传感器（如雷达和LiDAR）使用MIPI标准，但其他车内的互连通常使用高速SERDES（串行器/解串器）来实现更长距离的连接。最重要的是，有些系统还使用较旧的汽车标准，包括LIN（本地互连网络）总线、CAN（控制器局域网）总线，甚至汽车以太网。设计得当的FPGA可以在所有这些不同的连接类型中使用，甚至可以作为不同标准之间互通的桥梁。

实时网络连接和马达控制

除了互连功能外，FPGA的另一个主要优点是它们每次都能以低延迟和确定的速率执行信号处理和分析。在实时应用中，例如辅助驾驶，或者仅仅是操控车辆，这种一致性对于汽车的性能和功能都至关重要。

例如，在电动/混合动力汽车中，由于FPGA支持高性能PWM（脉宽调制），它们可以用于微调电机控制、功率转换和逆变器，所有这些都有助于最大限度地提高功率和效率，延长车辆的续航里程。

最低功耗和最小尺寸

除了 FPGA功能方面的优势之外，某些 FPGA 还具有一些固有的特性，使其非常适合汽车应用。首先，由于电动汽车（EV）使用电池作为动力，低功耗是需要考虑的重要因素，因此莱迪思半导体的低功耗FPGA非常适合这项任务。

除了专注于低功耗之外，莱迪思还提供广泛的FPGA产品组合，支持行业领先的小型封装和广泛的处理能力，包括ECP系列、MachXO系列和基于莱迪思Nexus平台的FPGA产品。莱迪思还提供一些拥有最高密度I/O（输入/输出）的器件，实现更高的灵活性和适应性，这也是汽车市场的另一个重要指标。

安全、动态、实时的解决方案带来网络保护恢复机制

安全性和可靠性对于任何汽车应用都至关重要。事实上，汽车行业有几个严格的标准来满足车辆安全稳定运行的要求。例如，ISO 26262功能安全标准要求组件不仅要符合汽车环境的物理要求，包括在极端温度范围内可靠运行——还要具有能够连续安全运行的软件。莱迪思Diamond软件用于设计MachXO和ECP系列产品的功能，已通过ISO 26262认证。

除了这些认证外，莱迪思基于Nexus平台的FPGA本身还提供保护功能，防止软失效（由α粒子辐射等环境因素引起），这类失效可能会导致计算不准确。基于Nexus的产品采用28纳米FD-SOI工艺制造，与其他标准的FPGA相比，软失效可降低100倍，可靠性极高。

数字安全也正成为汽车设计中越来越重要的一部分，特别是如今汽车已经发展为“车轮上的计算机”，数字设备上出现的黑客攻击同样可能发生在汽车上。事实证明，FPGA已经在服务器等应用中执行强大的网络保护恢复功能，同样的应用也正在进入汽车世界。

随着汽车行业继续向电动汽车过渡，ADAS/自动驾驶功能的升级以及区域性架构的普及，FPGA提供了一个理想的平台。作为汽车设计的关键组件，FPGA固有的可编程性使它们能够适应各种不断变化的需求，为现代车辆提供关键的（通常也是不可见的）功能。

编辑：黄飞