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Spartan-3 FPGA 因其設(shè)計靈活性和高性能而被選用。 根據(jù)美國交通部的一項研究，全世界人們每周在汽車上度過的交通時間超過 5 億小時。 既然花在汽車上的時間如此之多，人們希望能夠利用這些時間來享受娛樂，同心愛的人說說話，甚至完成一些通常需要在工作場所才能完成的任務(wù)。 在汽車中保持聯(lián)系是人們最想實現(xiàn)的，這只要看一看手機的使用就可以知道。 另外，路上遭遇嚴重的交通堵塞，走錯了路，或者遇到像汽油用完了之類的常事，都可能影響您準時到達目的地。 如何才能讓駕駛者在安全駕駛的同時保持聯(lián)系，并按時到達目的地呢？ 巧妙的方法是通過語音命令結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)連接進行通信和控制。 Microsoft Telematics Platform（微軟車載信息處理平臺）提供了這一功能，它是一種用于集成各種移動設(shè)備和通過互聯(lián)網(wǎng)與無線網(wǎng)絡(luò)傳送信息的集線器。 微軟車載信息處理平臺提供以下功能： ·高級的優(yōu)質(zhì)語音識別與合成技術(shù) ·點播 Web 服務(wù)，如避免交通堵塞，訪問最新頭條新聞，或通過“MSN 汽車”頻道（目前僅適用于美國）查找距離最近價格最低的加油站 ·個性化導(dǎo)航：借助 GPS 尋找感興趣的地點或指引方向 ·PDA/手機集成藍牙技術(shù)，將手機和 PDA 無線連接到汽車的電子系統(tǒng)，讓駕駛者能夠通過汽車的音響系統(tǒng)使用語音來撥打和接聽電話、獲得會議提醒和訪問重要數(shù)據(jù)。 ·通過遠程診斷檢查車輛的“健康”狀況，包括故障與維護報警，從而有可能提高 微軟公司的汽車業(yè)務(wù)部與賽靈思?共同創(chuàng)建了能夠以低成本點提供這些優(yōu)點的參考平臺，從而促進了面向全世界駕駛者的更簡單、更可靠且消費得起的解決方案的開發(fā)。 靈活和可伸縮的平臺 傳統(tǒng)的汽車電子設(shè)計方法一直是根據(jù)汽車制造商的需要開發(fā)很具體的、定制的和固定的解決方案。 車載信息系統(tǒng)與信息娛樂正迫使汽車工業(yè)對被設(shè)計到一個典型的“聯(lián)網(wǎng)汽車”中的產(chǎn)品和系統(tǒng)進行重新思考。 消費世界與汽車的融合——如車載信息系統(tǒng)等應(yīng)用——已將“消費開發(fā)”思想強行灌輸給一個傳統(tǒng)上緩慢、保守且由成本驅(qū)動的行業(yè)。 由消費行業(yè)帶來的新需求要求快速變化，因為消費者總是期待著有新的大事的出現(xiàn)。 這種需求迫使人們尋求不僅能夠滿足當前應(yīng)用而且能夠?qū)崿F(xiàn)未來和潛在未知特性的靈活架構(gòu)和設(shè)計改變方法。 這與典型的汽車電子設(shè)計通常所要求的多年的開發(fā)與驗證周期存在沖突。 現(xiàn)在，一個目前開發(fā)的平臺（用于兩三年后發(fā)布的新車）擁有能夠應(yīng)對在整個產(chǎn)品開發(fā)周期內(nèi)和推出后發(fā)生的未知變化的足夠系統(tǒng)資源是必需的。 對任何平臺而言，靈活性和伸縮性對架構(gòu)能否成功獲得市場接受都至關(guān)重要，無論是基本系統(tǒng)還是高性能的高端車載信息系統(tǒng)。 鑒于此，微軟開發(fā)了一個真正可以定制和伸縮的汽車標準車載信息處理平臺。 該平臺整合了一個基于 ARM 9 的微控制器，支持 32 MB閃存/32 MB DRAM 以上的內(nèi)存，并包含集成 GPS 藍牙和一個 GSM 電話模塊。 外部車輛連接包括一個 CAN 網(wǎng)絡(luò)接口以及有保護的模擬和數(shù)字 I/O，用于實現(xiàn) LED 驅(qū)動和按鈕輸入等功能。 該平臺的基本架構(gòu)如圖 1 所示。 微軟利用了 FPGA 技術(shù)的靈活性和高集成度能力。該 平臺使用了一個 Spartan?-3 XC3S400 FPGA，用于實現(xiàn)多個獨立的目的，如 GSM 電話接口、車輛接口（CAN 控制器和 K-線路）以及復(fù)雜的音頻信號調(diào)節(jié)和路由功能（如圖 2 所示）。 FPGA 提供的高集成度也具有在一個器件內(nèi)包含多種總線、接口和時鐘的優(yōu)點，從而使利用EMI的設(shè)計容易管理。 此外，減少組件數(shù)量和電路板空間將降低生產(chǎn)成本，實現(xiàn)更高的制造質(zhì)量，在任何汽車設(shè)計中這些都是重要的因素。 在了解了車輛開發(fā)的實質(zhì)和目前已有的眾多不同的車輛接口，微軟有意設(shè)計了一個靈活的解決方案，可允許對后端車輛接口進行快速修改而不影響下層架構(gòu)和系統(tǒng)性能。 例如，在未來將有可能調(diào)節(jié)FPGA 解決方案，使之能滿足帶有諸如 MOST、IDB-1394 或其它數(shù)字車輛網(wǎng)絡(luò)等汽車總線的最終應(yīng)用的需求。 語音識別系統(tǒng) 微軟車載信息處理平臺的核心是語音識別 (VR) 系統(tǒng)。 任何 VR 系統(tǒng)中的音頻信號路徑都是模擬偏置/濾波、數(shù)字化和數(shù)字濾波，最后才將信號送到 VR 引擎進行語音處理。 在此路徑中，存在多個多余噪聲進入系統(tǒng)（包括電氣平臺上和汽車環(huán)境內(nèi)，甚至在這些電子裝置之前）的機會。 產(chǎn)品開發(fā)者和汽車制造商都必須確保話筒位置和類型能正確地適用于應(yīng)用和環(huán)境。 在完美的情況下，VR 系統(tǒng)將接收到干凈、連續(xù)的語音信號——但鑒于汽車環(huán)境的動態(tài)本質(zhì)，設(shè)計可接受的語音識別并不是一件容易的事。 諸如車速、車窗狀態(tài)（開/關(guān)）、道路噪聲以及天氣狀況（雨/風(fēng)）等因素將進一步惡化本來已很難解決的VR 系統(tǒng)問題，如語言、口音和性別等。 這些附加的因素增強了在信號到達 VR 引擎之前采用高適應(yīng)性數(shù)字濾波算法對其進行預(yù)處理的重要性。 微軟選擇了用硬件來實現(xiàn)這種信號預(yù)處理功能，并采用了賽靈思的并行 DSP 處理。 Spartan-3 FPGA 具有多達 104 個嵌入式 18 位乘法器，特別適合用于在一個低成本器件中實現(xiàn)緊湊 DSP 結(jié)構(gòu)，如 MAC 引擎、分布式算術(shù) FIR 濾波器以及全并行 FIR 濾波器。 微軟還將處理器密集型軟件濾波任務(wù)卸載到硬件中來實現(xiàn)。 當然，這種預(yù)處理也可以用 ASSP 來實現(xiàn)，如專用 DSP 芯片。 但這樣做就會失去通過該平臺其它部分的高度集成所獲得的好處。 車載信息系統(tǒng)與 VR 的結(jié)合可以實現(xiàn)專門適用于某些類型的用戶和環(huán)境（如語言：英語；口音：蘇格蘭；性別：女）的可適應(yīng)和可升級的 VR 引擎和 DSP 濾波器。 在設(shè)計汽車產(chǎn)品（特別是車輛的信息娛樂部分）時留有充分備用資源以適應(yīng)新的和意外的未來升級的重要性同樣適用于 FPGA。 現(xiàn)在對汽車 OEM 廠商來說越來越清楚的是，采用靈活和可伸縮固件的架構(gòu)在未來平臺中是必需的。 雖然目前的微軟平臺中沒有實現(xiàn)系統(tǒng)協(xié)處理器，但可以很容易地通過添加軟處理器來實現(xiàn)。 就像在微軟的設(shè)計中把 DSP 處理負荷從主處理器上卸載一樣，也可以使用嵌入式處理器（如 Xilinx 32 位 MicroBlaze? 軟處理器或 8 位 PicoBlaze? 微控制器）從主系統(tǒng)處理器上卸載一些處理負荷。 用于汽車應(yīng)用的FPGA 近年來車載電子設(shè)備出現(xiàn)了巨大的增長，不僅傳統(tǒng)的車身控制和發(fā)動機管理方面，還包括駕駛員輔助系統(tǒng)和車載信息系統(tǒng)應(yīng)用等新的領(lǐng)域。 IEEE 最近公布的數(shù)字顯示，汽車電子年增長率為 16%，并預(yù)計到 2005 年在一個中型汽車內(nèi)電子設(shè)備的成本將占到總成本的 25%。 車載信息系統(tǒng)顯示出更像消費產(chǎn)品的一些特性——上市時間快，在市時間短，標準和協(xié)議不斷變化。 這些問題將影響工程師們進行設(shè)計和選擇所需硬件以快速創(chuàng)建、重復(fù)和支持未來升級的方法。 現(xiàn)在 FPGA 技術(shù)可以滿足這些要求。 賽靈思承諾將通過其賽靈思汽車 (XA) 系列產(chǎn)品滿足車載信息系統(tǒng)和汽車信息娛樂應(yīng)用的需求，該系列產(chǎn)品可提供以下特性： ·擴展溫度范圍，最高可達 125℃ ·全生產(chǎn)性零件核準程序 (PPAP) 支持 ·行業(yè)公認的 AEC-Q100 器件合格檢驗流程 ·遵守世界汽車質(zhì)量標準 ISO TS 16949，并采用無鉛封裝以符合 RoHS 指令 這些器件基于我們的 Spartan 系列 FPGA，特別適用于要求每邏輯單元（系統(tǒng)門）具有低成本、每 I/O 低成本、以及諸如在單個器件上擁有多種 I/O 標準和嵌入式乘法器以實現(xiàn)高速 DSP 等高級特性的數(shù)字設(shè)計。 結(jié)論 在微軟汽車業(yè)務(wù)部和賽靈思汽車業(yè)務(wù)部等支持者的承諾下，微軟車載信息處理平臺遠景正在變?yōu)楝F(xiàn)實。 今天，領(lǐng)先的汽車制造商正將關(guān)鍵技術(shù)的融合采用在一個可以幫助實現(xiàn)以下功能的平臺內(nèi)： ·一種有價值且消費得起的車載信息系統(tǒng)解決方案 ·通過無線網(wǎng)絡(luò)的可靠連接性 ·高質(zhì)量語音識別 ·低成本硬件 這將引發(fā)一個開發(fā)者持續(xù)投資的“良性循環(huán)”，他們將使用這些平臺為最終用戶創(chuàng)造更多的價值。 如想了解更多信息，請訪問 www.microsoft.com/automotive/windowsautomotive/about.mspx/ and www.xilinx.com/cn/automotive/. |
