FPGA技术应用 - ADAS：汽车控制领域未来发展趋势

 

　　需求：灵活的高性能技术平台

　　虽然很难详细预测这些功能的未来发展，以后会应用到什么程度，但是，从技术角度看，有几点是明确的：

　　没有一种单一的体系结构能够满足新出现的各类应用需求。

　　需要采用灵活的平台适应市场发展趋势，实现最新的功能，同时满足成本、规划和性能目标。

　　要满足ADAS应用的高性能需求，应在软件和硬件上达到均衡。

　　系统使用多个不同类型的传感器来完成安全相关任务，这类系统今后的发展会比较强劲。

　　信号融合

　　需要特别注意的是，大部分ADAS应用需要对来自多个传感器的多路信号进行处理和分析，包括，视频摄像机、雷达、红外传感器，以及今后可能出现的激光等其他传感器信号。例如，危险探测不仅仅需要对来自多个摄像机的数据流进行集成和分析，而且，如果要用在全天候各种天气条件下，还必须采用雷达数据。传感器融合这一术语用于描述ADAS应用中不同信号的集成。

　　处理信号融合这一难题的一种算法解决方案是Kalman滤波，它集合了很多种算法。这是说明ADAS任务有多复杂的一个很好的例子。例如，Kalman滤波能够集成视频和雷达输入信号，使用这些数据来生成当前环境的快照。然后，它在这些快照上应用名为“航位推测”的过程，根据物理条件，计算周围环境“可能”会出现什么状况。例如，它估算周围车辆的新位置，确定路边的树木没有移动等。然后，Kalman滤波功能对比这两类快照，在可信度基础上，估算出应采取哪些措施。例如，如果汽车使用了ACC，车头距离太近，那么，可以减速，或者刹车。

　　ECU的角色

　　控制这些过程的电子设备集成到发动机控制单元（ECU）中。这些系统最初应用到汽车中是为了通过控制燃油喷射、点火时间、怠速等功能，满足环境标准要求，而现在这些系统的功能越来越多了。一般而言，分别开发这些功能（例如，雷达和摄像机），逐个集成到车辆中，导致由多个ECU完成多种功能。从成本的角度看，这并不是理想的方法。更好的方法是，将很多传感器的输出连接至一个处理单元，进行传感器融合，更可靠的理解车辆的状况，在软件中开发相应的应对策略。但是，这一集成方法所需要的计算能力已经远远超出了中端车辆的成本预算。为能够同时满足性能、成本需求，象软件一样灵活，很多体系结构采用了现场编程阵列（FPGA）技术。

　　FPGA和传统集成电路的不同在于，FPGA离开工厂后是可编程的。这意味着，可以对其进行修改，在设计/产品周期后期，满足最新传感器独特的输出格式要求，以及最新的计算算法或者规范要求，因此，非常适合应用于各种体系结构，在最后一刻应用新特性。

　　Altera低成本Cyclone系列FPGA完全能够适用于汽车领域，支持工程师将传感器接口、图像处理、通信接口和分析等多种功能集成到单片硅片器件中，减少了典型ECU体系结构的元器件数量，降低了复杂度。Altera FPGA采用了硬件加速功能来处理高清晰视频的720p30 （720扫描线，每秒30帧）数据流，以及下一代传感器的77-GHz输入。与完全将这些算法集成到硬件中不同，Altera FPGA的高性能硬件和软件可编程特性确保了能够满足ADAS应用严格的25至30-ms延时要求。

　　Altera FPGA不但在技术上非常出众，而且缩短了设计周期，支持OEM和Tier 1生产商尽快将ADAS应用推向市场，不需要大幅度改动硬件就能够突出产品优势，从而进一步增强了商业价值。此外，Altera还提供简单方便的专用集成电路（ASIC）引脚兼容移植途径，降低了整个产品生命周期的成本。

　　总结

　　当今全球汽车市场的竞争和法规压力促使生产商在其车辆中灵活的采用ADAS技术。Altera FPGA灵活的结合了技术和性能指标，是满足这些目标要求的理想器件。