汽車電子設計正體驗著更短的設計週期，以及面對增加數位內涵的主要世代轉移。在未來的五年間，在汽車內的電子系統預計會有7%年複合成長率的成長，但是PLD（可編程邏輯元件）的採用預計會有更快的成長速率，年複合成長率將可達到45%。
在汽車領域中將有許多因素促使其採用PLD，首先是汽車設計的演進朝向「平台化」的概念發展，這是用一種基本的設計來藉以提供車型的差異化，加上需要在汽車內整合音訊、視訊與數據功能，又更進一步地推動了平台化的概念。其次則是更快的創新週期，現今，典型的汽車設計約需費時24-36個月，從五年前汽車尚有60個月的生命周期，如今已經變的更快了。由於面對更短的設計週期，讓系統供應商必須得快速地提供原型，以及對OEM展示他們的設計，這將帶來了極大的壓力。第三，以導航系統、後座娛樂系統與駕駛輔助應用為形式所增加的數位內容，已經成功的進入了主流市場。第四，ASIC與ASSP供應商擔心產品會過時，因此他們尋求PLD以提供設計上的彈性。上述所有的這些因素，需要汽車設計師去建立一個設計解決方案，這不僅是需要提供更多的彈
性，也需要在他們的成本目標內，滿足效能上的需求。現場可編程閘陣列（FPGA）具有低成本架構與充足的元件資源，將可提供設計師完整的解決方案。這篇文章將會詳述在汽車市場中使用FPGA來實行具備導航多媒體圖形顯示應用，以及後座娛樂（RSE）系統的大量、低成本解決方案所帶來的效益。
圖形 – 導航系統
在量產系統中的導航功能是PLD已經成功設計進去並目前已交貨的重要領域之一。圖1的系統架構圖是一個典型的導航系統，是一個可進行簡單的路線規劃或2D顯示的系統，系統架構由主CPU構成，一般常用的有SH4、Power PC或TI OMAP處理器，搭配一個圖形處理器，與這些處理器溝通的還有許多的週邊，例如鍵盤與TFT顯示器。
圖形處理需要運算許多種演算法則，例如比例調整、色彩過濾與透明層混合。FPGA比DSP或ASSP（特定應用標準產品）更適合來執行這些運算密集的演算法則，因為它們可以在一個單一時鐘週期內管控多重的指令。
圖1：典型的導航系統
圖2顯示一個以Altera Cyclone II FPGA來實行低成本的圖形功能。視訊可以是BT.656輸入（YUV 4:2:2），其具備色彩空間轉換器（CSC）以輸出RGB訊號，記憶體介面到Avalon匯流排架構能容納大量的圖形運算，可以支援的記憶體類型包括SRAM、SDRAM與DDR-SDRAM。Nios II
是Altera的32位元嵌入式處理器，主要用於圖形處理（劃線、建立圖框）與提供其他的控制功能。繪圖硬體加速器可以包括如BitBlt（複製物件到圖框緩衝區、2D-DMA轉換、圖形混合）等功能，透明度混合可以支援多個通道。Cyclone II能夠為遠端顯示應用支援LVDS圖形輸出。
圖2：使用Cyclone II FPGA (EP2C5) 實行低成本的圖形功能
圖形 – 後座娛樂系統
後座娛樂（Rear Seat Entertainment, RSE）是已經廣泛採用PLD的新興領域之一，像是導航系統、RSE系統牽涉到極大量的圖形處理，特別是與視訊品質有密切關係。圖3顯示出一個典型的現代RSE系統，關鍵的零組件是微控制器（uC）、FPGA、記憶體、其他的ASSP與週邊零件。微控制器通常是16位元或32位元，ASSP通常包括像是解碼與控制器區域網路（CAN）收發器等功能。
下一代的RSE系統與目前這個將會完全不同，設計師被強迫降低他們的BOM成本，並尋找讓系統更具彈性的方法，藉以滿足高階、中階與低階平台的需求。想要達到這個目標的一種方式是透過整合一些ASSP功能到現有的FPGA之中，如圖4所示，微控制器的功能已經被FPGA所取代，在這個例子中是採用Altera的32位元Nios II RISC處理器。CAN介面可以輕易地被FPGA所支援，只需消耗少於10%的Cyclone II EP2C8元件資源。除了CAN介面之外，FPGA也可以支援媒體導向系統傳輸（Media Oriented System Transport, MOST）的Media LB介面，MOST是下一代採用光纖為基礎的介面，可以廣泛地用於下一代的教育娛樂與通訊系統。Firewire則可提供足夠的選擇，是對使用MOST較不具意義的領域。
圖3：目前的後座娛樂 (RSE) 的實行架構 (EP2C5)
圖4：下一代的後座娛樂 (RSE) 的實行架構 (EP2C8)
除了取代ASSP的功能外，FPGA還有大量的空間可以做視訊處理，可具有一個晶片內的MOST或Firewire介面，讓FPGA可以輕易地支援數位視訊模式，讓系統供應商可以增加更多功能，以便與競爭對手有所差異。這個系統整合特性不僅有較低的整體系統成本，也提供系統供應商更多的彈性來增加額外的功能。
汽車圖形系統參考設計
汽車圖形系統參考設計展示了在圖形系統中使用了Altera Cyclone™ FPGA，它可以被用於導航或RSE形式的應用。這個參考設計顯示了FPGA針對低成本應用所能提供的能力與彈性。
這個參考設計的主要特性是：
• 視訊輸入硬體模組
• 畫面剪切
• 色彩空間轉換
• 水平與垂直比例調整
• TFT顯示控制器
• 5層的顯示
• 畫中畫（Picture in picture）
• 在Nios® II處理器上執行的圖形函式庫
• 在Nios II Cyclone開發板上執行
• 需要Lancelot VGA視訊控制器
• SDRAM程式儲存與圖框緩衝區
這個參考設計可免費提供，並可從Altera的網站上下載。
結語
汽車產業已經開始很認真地看待FPGA如何能夠同時協助系統供應商與汽車製造商（OEM）達到成功，在幾年前，還從未聽過在汽車領域中使用FPGA，然而，因為有更低的成本架構，並能增進系統的效能，FPGA目前已經進入主流的汽車市場，隨著在汽車中的電子產品使用量快速增加，FPGA的用量也隨之增加。在汽車產業中，不同於ASSP的解決方案，FPGA能提供的彈性，能夠更進一步增加市場的需求。PLD已經在教育娛樂與通訊市場找到發展空間，目前正以它們的方式進入新興的駕駛輔助汽車應用領域，包括像是變換車道警示、夜視功能與輪胎壓力監控等快速成長中的應用。由於具備較低的矽晶片成本架構、豐富的IP核心、參考設計與較長的產品生命週期，PLD將具備應付成長中汽車電子市場所需的能力。
在汽車領域中將有許多因素促使其採用PLD，首先是汽車設計的演進朝向「平台化」的概念發展，這是用一種基本的設計來藉以提供車型的差異化，加上需要在汽車內整合音訊、視訊與數據功能，又更進一步地推動了平台化的概念。其次則是更快的創新週期，現今，典型的汽車設計約需費時24-36個月，從五年前汽車尚有60個月的生命周期，如今已經變的更快了。由於面對更短的設計週期，讓系統供應商必須得快速地提供原型，以及對OEM展示他們的設計，這將帶來了極大的壓力。第三，以導航系統、後座娛樂系統與駕駛輔助應用為形式所增加的數位內容，已經成功的進入了主流市場。第四，ASIC與ASSP供應商擔心產品會過時，因此他們尋求PLD以提供設計上的彈性。上述所有的這些因素，需要汽車設計師去建立一個設計解決方案，這不僅是需要提供更多的彈
性，也需要在他們的成本目標內，滿足效能上的需求。現場可編程閘陣列（FPGA）具有低成本架構與充足的元件資源，將可提供設計師完整的解決方案。這篇文章將會詳述在汽車市場中使用FPGA來實行具備導航多媒體圖形顯示應用，以及後座娛樂（RSE）系統的大量、低成本解決方案所帶來的效益。
圖形 – 導航系統
在量產系統中的導航功能是PLD已經成功設計進去並目前已交貨的重要領域之一。圖1的系統架構圖是一個典型的導航系統，是一個可進行簡單的路線規劃或2D顯示的系統，系統架構由主CPU構成，一般常用的有SH4、Power PC或TI OMAP處理器，搭配一個圖形處理器，與這些處理器溝通的還有許多的週邊，例如鍵盤與TFT顯示器。
圖形處理需要運算許多種演算法則，例如比例調整、色彩過濾與透明層混合。FPGA比DSP或ASSP（特定應用標準產品）更適合來執行這些運算密集的演算法則，因為它們可以在一個單一時鐘週期內管控多重的指令。
圖1：典型的導航系統
圖2顯示一個以Altera Cyclone II FPGA來實行低成本的圖形功能。視訊可以是BT.656輸入（YUV 4:2:2），其具備色彩空間轉換器（CSC）以輸出RGB訊號，記憶體介面到Avalon匯流排架構能容納大量的圖形運算，可以支援的記憶體類型包括SRAM、SDRAM與DDR-SDRAM。Nios II
是Altera的32位元嵌入式處理器，主要用於圖形處理（劃線、建立圖框）與提供其他的控制功能。繪圖硬體加速器可以包括如BitBlt（複製物件到圖框緩衝區、2D-DMA轉換、圖形混合）等功能，透明度混合可以支援多個通道。Cyclone II能夠為遠端顯示應用支援LVDS圖形輸出。
圖2：使用Cyclone II FPGA (EP2C5) 實行低成本的圖形功能
圖形 – 後座娛樂系統
後座娛樂（Rear Seat Entertainment, RSE）是已經廣泛採用PLD的新興領域之一，像是導航系統、RSE系統牽涉到極大量的圖形處理，特別是與視訊品質有密切關係。圖3顯示出一個典型的現代RSE系統，關鍵的零組件是微控制器（uC）、FPGA、記憶體、其他的ASSP與週邊零件。微控制器通常是16位元或32位元，ASSP通常包括像是解碼與控制器區域網路（CAN）收發器等功能。
下一代的RSE系統與目前這個將會完全不同，設計師被強迫降低他們的BOM成本，並尋找讓系統更具彈性的方法，藉以滿足高階、中階與低階平台的需求。想要達到這個目標的一種方式是透過整合一些ASSP功能到現有的FPGA之中，如圖4所示，微控制器的功能已經被FPGA所取代，在這個例子中是採用Altera的32位元Nios II RISC處理器。CAN介面可以輕易地被FPGA所支援，只需消耗少於10%的Cyclone II EP2C8元件資源。除了CAN介面之外，FPGA也可以支援媒體導向系統傳輸（Media Oriented System Transport, MOST）的Media LB介面，MOST是下一代採用光纖為基礎的介面，可以廣泛地用於下一代的教育娛樂與通訊系統。Firewire則可提供足夠的選擇，是對使用MOST較不具意義的領域。
圖3：目前的後座娛樂 (RSE) 的實行架構 (EP2C5)
圖4：下一代的後座娛樂 (RSE) 的實行架構 (EP2C8)
除了取代ASSP的功能外，FPGA還有大量的空間可以做視訊處理，可具有一個晶片內的MOST或Firewire介面，讓FPGA可以輕易地支援數位視訊模式，讓系統供應商可以增加更多功能，以便與競爭對手有所差異。這個系統整合特性不僅有較低的整體系統成本，也提供系統供應商更多的彈性來增加額外的功能。
汽車圖形系統參考設計
汽車圖形系統參考設計展示了在圖形系統中使用了Altera Cyclone™ FPGA，它可以被用於導航或RSE形式的應用。這個參考設計顯示了FPGA針對低成本應用所能提供的能力與彈性。
這個參考設計的主要特性是：
• 視訊輸入硬體模組
• 畫面剪切
• 色彩空間轉換
• 水平與垂直比例調整
• TFT顯示控制器
• 5層的顯示
• 畫中畫（Picture in picture）
• 在Nios® II處理器上執行的圖形函式庫
• 在Nios II Cyclone開發板上執行
• 需要Lancelot VGA視訊控制器
• SDRAM程式儲存與圖框緩衝區
這個參考設計可免費提供，並可從Altera的網站上下載。
結語
汽車產業已經開始很認真地看待FPGA如何能夠同時協助系統供應商與汽車製造商（OEM）達到成功，在幾年前，還從未聽過在汽車領域中使用FPGA，然而，因為有更低的成本架構，並能增進系統的效能，FPGA目前已經進入主流的汽車市場，隨著在汽車中的電子產品使用量快速增加，FPGA的用量也隨之增加。在汽車產業中，不同於ASSP的解決方案，FPGA能提供的彈性，能夠更進一步增加市場的需求。PLD已經在教育娛樂與通訊市場找到發展空間，目前正以它們的方式進入新興的駕駛輔助汽車應用領域，包括像是變換車道警示、夜視功能與輪胎壓力監控等快速成長中的應用。由於具備較低的矽晶片成本架構、豐富的IP核心、參考設計與較長的產品生命週期，PLD將具備應付成長中汽車電子市場所需的能力。
