车载网络架构的可缩放性问题_技术

　　十年来，车载网络架构已变得更为复杂。虽然车载网络协议的数量有所减少，但实际在用的网络数量却大大增加了。这就提出了网络架构的可缩放性问题，并且要求为满足各种应用和网络的实际需要而优化半导体器件。

　　FPGA 曾一度被认为是仅用于开发的解决方案，如今其价位下降使许多问题迎刃而解，因此已经以低于传统 ASIC 或 ASSP 解决方案的总体系统成本投产。现在，面向汽车市场的各大 FPGA 供应商均已通过 ISO-TS16949 认证，从而促使可编程逻辑器件成为汽车市场的主流技术。

　　车载网络电气架构

　　过去十年间，很多专门的汽车原始设备制造商的网络协议已经让位于 CAN、MOST 和 FlexRay 等更为标准化的全球协议。因此，半导体供应商悉心制造符合这些协议的器件，这使一级配件供应商竞争更加激烈并且纷纷降价，同时也促进了汽车原始设备制造商之间的模块互通性。但是，今天的汽车电气架构中仍有许多问题困扰着汽车原始设备制造商和一级配件供应商。

　　工程师可以按几种不同方式划分和制定网络方略。高端汽车最多可有七条不同网络总线同时运行。例如，一辆汽车可以有一条 LIN 回路用于后视镜、一条 500 Kbps 的低速 CAN 回路用于座椅或车门控制等低端功能、一条 1 Mbps 的高速 CAN 回路用于车身控制、另一条高速 CAN 回路用于驾驶员信息系统、一条 10 Mbps 的 FlexRay 回路用来提供实时驾驶员辅助数据，以及一条 25 Mbps 的 MOST 回路用于在导航或后座娱乐等多种信息娱乐系统内部或之间传输控制和媒体流。

　　另一方面，低档汽车可以只有一条 LIN 或 CAN 回路，令所有其他模块几乎毫无交互 *** 作地独立工作。各汽车原始设备制造商都以不同方式处理模块间通信和汽车网络拓扑结构，而且每种车载平台都不同，这使一级配件供应商难以开发既有正确接口又可重复使用的模块架构。容纳模块的最终架构的不确定性正是 FPGA 的用武之地。

　　ASIC、 ASSP 和微控制器具有固定的硬件架构，往往使其资源非缺乏即过剩，毫无灵活性可言。FPGA 的可编程性(以及可再编程性)便于增减片上通道(如 CAN 的通道)，而且允许重新使用 IP。有了这种灵活性，即可将针对网络接口的数量和类型进行优化的解决方案迅速制成模块。

　　网络协议的半导体实现

　　FPGA 的长处不仅在于接口数量与类型方面的可缩放性。就 ASSP、ASIC 和微控制器而言，其外设宏指令是在硬件中实现，这使其自然缺少灵活性。而在 FPGA 环境中，网络接口 IP 本身可根据所用 IP 进行优化。

　　例如，使用 Xilinx® LogiCORE™ CAN 或 FlexRay 网络 IP，用户可以随同滤波器的数量一起灵活地设置发射和接收缓冲器的数量。在传统硬件解决方案中，使用 CAN 控制器的工程师通常只有 16、32 和 64 个消息缓冲器这三种配置选择。根据系统功能的级别和 FPGA 外部的可用处理，Xilinx 的可缩放 MOST 网络接口解决方案包括可配置成主动 *** 作或从动 *** 作的网络控制器 IP 以及异步采样速率转换器 (ASRC)、数据路由器或者复制保护加密引擎等大量 IP。

　　这种 IP 允许优化，既能装入低端解决方案的较低密度器件，也能装入高端解决方案的较高密度器件，而其封装常常在模块的目标电路板上占用同样的面积。另外，对于各主要协议，均已开发出可完善解决方案的中间件堆栈和驱动器。FPGA 解决方案的这种可缩放性和通用性在传统汽车硬件解决方案中是根本不可能实现的。

　　各大 FPGA 供应商都采用软微处理器，这些软微处理器可以在控制功能的架构中有效实现，并且其运行速度可与某些硬件中嵌入的微处理器媲美。FPGA 架构的另一大优势是能够通过使用乘法器或片上硬 MAC 中的并行 DSP 处理功能来卸除微处理器和分区上的处理任务，从而提高总体性能和吞吐量。

　　我们已取得长足进步

　　可编程逻辑器件已取得长足进步，逐渐成为汽车市场的主流技术。各种可编程逻辑器件在可靠性方面难分伯仲，而 FPGA 技术则可以实现灵活的可缩放集成，这在传统的 ASIC、ASSP 或微控制器架构中是不可能实现的。开发周期缩短，可编程逻辑器件供应商采用先进的工艺技术，以及可编程器件必然会带来规模经济，这些均促使总体生产系统成本得以降低。

　　随着车载网络的关键 IP 和解决方案日趋成熟以及 FPGA 架构的性能潜力逐渐提高，可编程逻辑器件将成为主角，帮助攻克车载电气架构的开发中所固有的某些工程难题。

　　FPGA 模块TQM hydraXC：

　　最小且通用性最强的可重配置计算硬件平台

　　• 基于 XILINX Spartan 3、Virtex 4 和 Virtex 5 技术

　　• 10/100 以太网、USB 2.0、RTC

　　• SPI-Flash、NAND-Flash、DDR2 / SDRAM

　　• 尺寸：2.13 英寸×1.73 英寸 (54 mm×44 mm)

　　• 可编程 VCC IO

　　用 TQM hydraXC 的嵌入式解决方案，具有以下优越性

　　• 上市时间短

　　• 经济的系列化生产

　　• 极高的灵活性