altera公司汽车事业部技术行销经理 joel seely

    汽车娱乐电子推动了功能和容量的快速发展，促使设计人员在性能、成本和灵活性上做出综合考虑。与其他汽车电子领域不同，多媒体图形应用高度可视化，其需求多变，在许多情况下甚至还没有建立标准。汽车设计人员需要一个能够提供最灵活、性能最佳而成本可控的解决方案。可编程逻辑，特别是现场可编程门阵列（fpga）便是这样的解决方案。

    以前，专用集成电路（asic）能够为制造商提供成本效益较好的芯片方案，因此，汽车图形应用在半导体方面一般选用asic。但是，asic开发成本不断攀升，降低批量价格、快速面市的要求以及功能复杂性的提高可能会预示着汽车市场中asic统治时代的结束。顶级汽车供应商正在寻找一种最具成本效益的设计平台，其强大的功能和灵活性能够满足越来越复杂的汽车数字系统的需求。

    专用标准产品（assp）在汽车和消费类市场上是asic的一种替代方案。这类产品的主要优势在于低成本。但是，assp具有隐含的成本，如寻找各种功能都合适的assp，而不必添加外部逻辑、软件以及其他asic或者assp。而且，随着需求的不断变化，在设计早期可能需要assp，设计一旦投产之后，便不再采用assp。

    fpga能够显著缩短工程开发时间，降低多芯片重复使用成本，成为汽车图形应用中替代asic和assp的功能强大而又灵活的解决方案。assp可能会丢失所需功能，asic则有随着设计修改而必须重制的风险，而fpga在设计过程中，可以进行编程，并根据需要重新编程，实现更快速的原型设计，加快产品面市。如果需求变化，即使是器件已经在车辆中投入使用了，fpga也可以现场进行更新。fpga不存在预先的asic流片(nre)成本以及最小订购量问题，也不存在assp相关的潜在成本问题，它是系统设计最具成本效益的选择。而且，fpga在通用硬件平台上能够重复使用的能力非常重要，使设计人员能够生成不同的系统，凭借一个基本设计便可以支持多种功能，从而降低制造成本。

    fpga参考设计推动汽车图形技术 信息娱乐应用要求越来越复杂的图形处理能力。这种处理可以在高端处理器和dsp中实现，但代价是极高的成本、复杂度和功耗。可以在系统中加入fpga来降低图形系统的总成本、复杂度，以及性能需求。图1所示为一个标准的图形参考设计，该设计承载视频输入，覆盖lcd屏幕上显示的其他图像。

    该参考设计在altera cyclone fpga中实现了一个视频输入模块和lcd图形控制器，展示了在汽车市场需要的低成本应用中，fpga所具有的强大功能和灵活性。参考设计运行在altera nios ii嵌入式处理器开发板上，并加入了用于实现相机/视频输入、输出显示驱动电路的模块。

    视频输入模块包括一个前端相机接口和用于色彩空间转换、调整和缩放的ip，以及视频存储器接口。lcd显示接口包括控制不同层之间以及图像之间半透明效果的ip功能。这些输入输出控制模块是altera sopc builder系统的组成部分，该系统用于将所有ip模块进行无缝连接。opengl-e图形库子集运行在主机cpu中。该库提供处理和表征位图、帧缓冲访问和图形基元绘图的所有功能。

    由于进行透视操作、旋转、绘制直线和多边形、纹理操作以及相似的任务时，这些扩展图形应用会占用大量的计算，因此，可能会需要一个功能非常强大的主机cpu来实现opengl图形库。fpga可做为一个协处理器架构，卸载主机cpu中通常消耗大量cpu性能的算法功能。

    图2显示了在参考设计系统中加入图形加速协处理器的实例。该协处理器可承载多种算法，如：

    直接blit、拉伸blit、透明、双线性滤波、每象素alpha、着色、抗锯齿处理等位块图像传送(blit)操作

    任意宽度直线绘制、圆角、截角、alpha梯度、图像边缘模糊(模糊化)

    三角形、四边形等多边形绘制、alpha梯度、图像边缘模糊(模糊化)

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