目录：
1. 引言
2. FPGA概论
3．FPGA在汽车电子领域的应用概述
4. FPGA在汽车电子领域的实际应用
2.1密码锁和指纹识别
2.2 GPS导航模块
2.3 GSM通信模块
2.4车载防盗系统
2.5图像信号处理
5.结束语
引言：
20世纪末，全球范围内兴起的信息革命浪潮，为汽车工业的突破性发展提供了千载难
逢的机遇，信息技术的广泛应用是解决汽车带来的诸如交通拥挤、交通安全、环境污染、能源枯竭等问题的最佳途径。同时，随着汽车电子技术的发展，电子组件所占整车成本的比例也逐步上升，汽车开始向电子化、多媒体化和智能化方向发展，越来越多的电子技术应用到汽车系统，汽车电子化的程度是衡量现代汽车水平的重要标志，是开发新车型、改进汽车性能最重要的技术措施。据统计，当前汽车上的电子装置成本占整车成本的约30％，在一些高档轿车上达到60％，而且汽车中约70激光发射器％的创新来源于汽车电子技术。以前，
汽车工程师一直依赖MCU(微控制器)和ASIC(专用集成电路)产品设计汽车电子系统，但随着系统越来越复杂，部件数目越来越多，产品快速推向市场的压力变大，性能的要求逐渐提高，同时，价格要合理，设计风险要低，这些是 MCU和ASIC所难以实现的。而FPGA能提供更高的性能和更多的功能，成本更低、风险更小、灵活性更高，而且在设计后期更易变更，甚至可对己经投入应用的产品进行升级，因此FPGA将成为未来汽车电子设计的理想解决方案。 FPGA概论
在了解FPGA之前，我们先来了解一下数字集成电路的发展。数字集成电路的发展主要经过了电子管、晶体管、中小规模集成电路、超大规模集成电路(VLSIC)、专用集成电路(ASIC)和可编程逻辑阵列(FPGA/CPLD).可编程逻辑阵列在实验室能够设计、更改、研制并能马上投入使用，而且硬件集成化、设计个性化、可修改、快速性、开发成本低的特性使得可编程逻辑阵列相比于其他的数字集成电路更具竞争力。
现场可编程门阵列FPGA(Field Programmable Gate Ar-ray)，是PAL、GAL、CPLD等可编程器件发展的产物，是专用集成电路领域中的一种半定制电路。其内部由可配置逻辑模块封包过滤器
CLB (Configurable Logic Block)、输入输出模块IOB(Input Outout Block)和内部连线 (Interconnct)3部分构成，具有小型化、低功耗、多功能、数字化、标准化、系列化、集成度高、保密性好、可无限次反复编程、并有现场模拟调试验证的特点。它的基本功能模块是由n输入的查表，存储数据的触发器和复路器等组成。这样，只要正确地设置了其中的数据，查表就能够通过对中的数据的读取而实现输入的任意布尔函数。触发发器则用来存储数据，如有限状态机的状态信息。复路器可以选择不同的输入信号的组合，将查表和触发器用可编程的布线资源连接起来，就可以实现不同的组合逻辑和时序逻辑。由于FPGA内部结构的特点，它可以很容易的实现分布式的算法结构，这一点对实现汽车电子中的高速数字信号处理十分有利。由于FPGA器件实现的各功能块可以同时工作，从而实现指令级、比特级、流水线级甚至是任务级的并行执行，从而大大地加快了计算速度。由FPGA实现的计算系统可以达到现有通用处理器的数百甚至上千倍。并且，由于FPGA可动态地配置，系统的硅片面积不再是所支持无线接口数的线形函数，因此有可能在很少的几片甚至一片FPGA中集成一个支持所有标准的系统。不过，由于现有的FPGA的开发系统几乎都是为ASIC的原型验证而设计的，导致这些开发系统在节省工程开发时间上效率非常高，而在FPGA资源的利用效率方面却比较差。马蹄削皮机HDL语言可大大提高设计能力，但在最大
限度地发挥器件性能方面HDL的设计方法还有一定的局限性，还不能提供FPGA布局布线的优化和约束。Altera和Xilinx采用RAM工艺生产一般用途FPGA；Actel则基于反熔丝工艺和Flash橡胶再生工艺提供非易失性FPGA。
FPGA与ASIC的对比
FPGA | ASIC |
适于小批量生产 | 适于中度及大批量生产 |
编程方式可变、灵活 | 设计不可变 |
成本低 | 成本高 |
开发周期短 | 开发周期长 |
只适用于数字电路 | 适用于数字电路和混合信号点路 |
功耗大 | 较低的功耗和散热 |
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FPGA在汽车电子领域的应用概述
基于FPGA这些特点，国内外对其在汽车电子设计方面的应用研究也越来越多。国外某公
司已开始在其引擎控制系统设计中引入FPGA器件。而国内也出现了不少基于FPGA的汽车电子设计，例如基于FPGA的ABS系统设计，汽车电子后视镜系统设计，基于Nios II的CAN总线通信系统设计，基于GSM／GPS的汽车防盗系统和基于SoPC的汽车仪表系统设计等。FPGA的并行处理方式具有很高的处理速度，广泛应用于汽车音视频处理。随着汽车的信息娱乐系统功能越来越多，例如GPS导航系统，影音视频播放功能，倒车影像系统，车载电视功能，FM收音机，MP3播放功能等，这就要求系统具有较高的音频和图形处理能力，需大量计算并通过高端处理器和DSP实现，但系统成本、复杂度和功耗都很高。汽车语音处理模块主要涉及到语音的数字化处理、语音编解码、语音压缩和语音识别等技术。特别是语音识别系统要实时处理和采样声音，但采用上述方法实现成本很高，这对于对成本敏感的汽车行业并不可取，而FPGA能很好解决这些问题，因为它可在一个时钟周期中处理多条指令，实现并行计算，计算能力高，能够完成视频和音频的处理任务。此外，FPGA在车载数据采集和对电子控制单元(ECU)的硬件在环(HIL)仿真等汽车测试方面也有相应应用。
其次在系统设计方面能体现其高灵活性，高集成度，高性能，开发周期短的特点。例如采用Ahera光工作站的FPGA设计系统，通过在SoPC Builder中调用相应IP核就可控制SDRAM，Fla
sh等存储器和多种汽车常用接口，实现单器件与各个模块的硬件电路连接和控制。从而大大提高系统的集成度和开发效率。此外，由于音、视频处理要求FPGA具有较高的计算处理能力，Ahera具有支持多CPU的FPGA器件，即支持多Nios II软核处理器，从而把音、视频处理等需高处理速度的模块从主CPU中分离出来，减轻主CPU的处理负担，增强系统的稳定性，节约成本。
FPGA在汽车电子领域的实际应用
1.系统设计
系统FPGA器件选用Ahera公司的 Cyclone II系列的EP2C35F672C8N，该系统设计实现密码锁和指纹识别、GPS导航、GSM通信、汽车防盗自动报警、倒车影像和车内摄像、收音机、车载电视、USB数据传输等功能，除此之外还设置CAN总线控制器接口，便于后续系统开发。该系统设计采用可编程的片上系统SoPC(System On Programmable Chip)技术将处理器、存储器、I／O口等模块集成到一个可编程器件，构成一个可编程的片上系统。用这种方式设计的系统在规模、可靠性、体积、功耗、功能、性能指标、上市周期、开发成本、产品维护及硬件升级等多方面实现最优。使用Quartus II SoPCBuilder和Nios II IDE
3个软件组合完成系统设计和调试。设计过程中，对于相对简单的控制(如密码锁模块)可直接在Quartus II编写Verilog代码，仿真优化，引脚分配最后生成模块；对于相对复杂的模块控制，在Quartus II中建立工程，然后打开Sopc Builder组建系统，图1为采用SoPC Builder搭建的硬件系统原理图。系统组建完毕进行地址分配和系统仿真，最后生成系统模块，然后在Nios II IDE环境下进行系统编程完成系统软件开发，最后在Quartus II中连线并分配引脚，仿真，测试，编译生成下载文件，通过JTAG接口下载到FPGA器件，完成系统开发。
2． 系统模块设计
2．1 密码锁和指纹识别
这两个模块主要用于加强汽车的防盗安全系数。两模块可同时启用，也可单独启用，当单独通过其中之一验证，不能对系统做任何更改，只有两模块同时通过验证才能对此系统设置。
密码锁模块采用0～9中的任意6个数字作为系统密码，模块设计原理如图2所示。此模块主要包括键盘。密码验证和结果输出。其中键盘通过在Quartus II环境下采用Verilog语言编程实现，其程序由时钟分频、键盘扫描和键译码转换组成。而密码验证和结果输出两模块当用户通过键盘输入密码时，在 LCD上以“*”显示密码以及输出结果，完全通过Verilog编程实现。
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