FPGA技術在汽車電子中的應用

劉春玲

FPGA技術在汽車電子中的應用

劉春玲

現場可編程門陣列(FPGA)技術因其可靠性和自定義邏輯等特點受到了眾多領域的廣泛關注，現階段我們的工程師已經將這一技術很好的融入到測試系統當中，以此來解決汽車電子設計與測試所存在的問題，而且還滿足了低成本和復雜的測試環境要求，本文就將針對現場可編程門陣列技術在汽車電子中的應用進行相應的分析研究。

1.現場可編程門陣列技術的應用

現場可編程門陣列是PLAPLD等可編程器件發展的產物，所以其自身的邏輯功能也是由內部規則排列的邏輯單元陳列完成的。現場可編程門陣列技術有其技術上的優勢，比如說可靠性高，以及超強的數字信號處理能力等等，這些優勢為汽車電子技術提供了低成本的解決方案，現階段現場可編程門陳列技術在汽車電子應用中的運用主要涵蓋了汽車車載數據的采集以及電子控制器的硬件在環仿真技術上。

1.1 車載數據采集技術

車載數據采集系統是當前我國汽車電子測試當中比較常見的車載運用系統，它主要用來記錄汽車內部的傳感器信號，并對汽車測試系統的可靠性和開發性都是有著很高要求的，目前車載應用涉及的相關技術指標主要包括信號調理和分析，采樣率等等，除此之外，應用現場可編程門陣列技術還可以對傳感器信號進行高級信號處理，由于在信號處理系統當中，對底層的信號處理需要大量的數據為依托，而且對處理的速度要求也是非常高的，但是算法要比其他的信號處理算法簡單一些，這時我們就可以用現場可編程門陣列來進行編程。

1.2 電子控制器的硬件在環仿真

汽車電子技術中的硬件在環仿真是整個汽車設計流程中非常關鍵的組成部分，硬件在環仿真技術可以在虛擬的運行環境當中進行實際模擬，是實際模擬的重要工具，它的特點就在于它可以對實際情況進行仿真模擬而不會有什么危險，它可以在真實的環境中對相關的汽車控制裝置進行測試，可以說對于汽車測試來說，硬件在環仿真技術可以在汽車達到最高行駛速度下進行相關數據的測試，這樣的一種測試手段可以極大的縮短汽車開發的周期，降低測試成本，加快汽車上市時間。

2.圖形化現場可編程門陣列

現場可編程門陣列技術有很多優點，我們在前面也提到過，像自定義邏輯、可靠性高等等，可以廣泛的被應用到車載測試中，但是我們的工程師在對現場可編程門陣列進行編程的時候，往往需要掌握很多的硬件設計語言，而圖形化的開發工具則需要創建可擴展測試測量，而這些測量方法還需要我們的應用系統科學家去設計，這樣就可以更好的達到用最小的成本來開發汽車電子系統的需求。

而直觀的圖形化開發特性則可以使工程師將更多的精力放在產品的功能開發商，這樣就可以進一步的縮短開發的時間和經濟成本，而且開放性軟件平臺的建設還為汽車的發展提供了多種模塊來提高汽車電子系統的發展進度，打個比方，我們在運用LabVIEW FPGA模塊的時候，工這時的工程師就沒有必要再去掌握那些硬件描述語言和硬件設計的相關知識，也可以在操作界面上對汽車電子技術進行系統性的操作，而利用圖形化的開發現場可編程門陳列邏輯代碼就可以直接下載到硬件目標當中。從而創建自定義硬件，讓二者之間可以實現同步測量。如果測試要求出現改變的時候，那么我們就可以通過下載新的源代碼到現場可編程門陳列當中，就不再需要重新制定硬件，可以說圖形化開發軟件的出現極大的提高了工程師的整體工作效率和工作質量。

3.現場可編程門陳列在汽車電子中的應用

（1）便攜式車載數據采集系統

車載數據采集的信號類型主要包括溫度信號、聲音和振動信號、壓力和荷載信號等等，這些信號都可以用于汽車性能的評價，便攜式車載數據采集系統是當前汽車行業分析的重要組成部分，而對汽車電子的硬件平臺是基于現場可編程門陳列技術的嵌入式系統，而現場可編程門陳列芯片又是硬件平臺體系結構的核心，它和車載模塊是聯系在一起的，車載模塊能夠直接與車用傳感器、執行器和網絡相連接，而且還能夠提供信號調整和汽車總線，在硬件平臺中還包含一個嵌入式的實時處理器，它能夠用在汽車電子的獨立工作、確定性控制以及車載數據的記錄和分析等等，而Compact RIO有堅固的機械封裝，能夠承受50克的沖擊，在零下四十到七十度的工作溫度范圍內保持溫度運行。還可以提供雙電壓輸入，攜帶方便，還可以直接從車上的電池中獲取電量，這些優點都很好的將硬件適用在相對復雜的車載測試當中，現階段現場可編程門陳列技術已經成功的運用在了實驗室等汽車測試當中，而且通過測試我們發現，這種測試手段還可以長時間的去記錄汽車的相關數據，不僅如此，車載模塊與相關的內置應用程序也能夠實現不同測試數據的基本要求。

（2）用于汽油發動機的硬件在環仿真中

現階段我們開發的可編程發動機硬件在環仿真系統能夠直接對12缸汽車的噴射器進行相關的仿真實驗，這也是我國第一種對這種情況進行仿真的系統，這種發動機硬件在環仿真系統一般可以與曲軸的角度進行同步記錄。用這一系統來記錄汽油噴射的時間，不僅如此，它還可以將數據直接提供給控制器來作為仿真的輸入，通過模擬接口采集輸入信號，從而輸出與之相適應的變量數據，汽車電子中的一些碰撞信息主要是通過獨立傳感器進行傳遞的，基于此種情況，我們就可以根據用戶的實際使用需求來產生汽車轉速的輸出信號。

硬件平臺還為系統提供了完整的硬件模塊選擇，與此同時高級的觸發特性還保證了汽車信號的同步采集，而基于硬件平臺的可重復配置模塊，更可以保證高精度的采集發動機去傳遞數據信號，由于我們運用了現場可編程門陣列，使得相關的組合邏輯更加的方便，而且還針對不同的氣缸數目，使得各種發動機應用出不同的軟件配置，這樣就能夠有效的節省開發的成本，提升了產品的性能。與此同時，使用LabVIEw仿真接口工具包，可以節省開發的時間，也就是說，現場可編程門陳列硬件平臺的建立和基于現場可編程門陳列的可重復配置組件體現出了靈活性的特點，而開發的高性能硬件在環仿真系統成功的應用在了12缸的概念車型驗證中。

現場可編程門陳列技術為我國汽車測試技術的創新帶來了很大的影響，憑借著基于現場可編程門陳列技術的硬件平臺建設，有效的解決了汽車設計和測試應用的相關問題，不再需要多個定制的測試設備，而基于圖形化的現場可編程門陳列技術則極大的縮短了開發的時間，基于硬件平臺的可重復配置模塊也是屬于現場可編程門陳列的硬件平臺，廣大用戶不僅可以開發適用于汽車總線的車載測試應用，還可以用于汽車電子設計流程中的硬件在環仿真方面的測試。

結語

現場可編程門陳列技術對我國汽車電子中的影響是非常關鍵的，隨著我國社會經濟的不斷發展，汽車產業是我國對外貿易，社會發展的支柱型產業，怎樣更好的發展汽車電子技術也就成為了當前汽車研究人員都在分析的問題，相信隨著我國汽車電子技術的不斷發展，會有更多的先進技術融入到汽車電子技術當中。更好的服務于我國的汽車電子應用。為我國汽車行業的發展奠定基礎，進一步的促進我國汽車電子技術的發展。

（作者單位：黑龍江信息技術職業學院）

劉春玲（1985.4-），女，黑龍江哈爾濱，工程碩士，講師，研究方向圖像處理、FPGA技術。