AIS

Мостовые схемы для мобильных и автомобильных систем

Возможность использования FPGA в автомобильных информационных системах.
1874
В избранное

В последние десять лет некоторые ключевые технологии автомобильного рынка пришли из потребительской электроники. Широкое распространение смартфонов привело к появлению платформы и экосистемы электронных автомобильных приложений, которые не контролируются автопроизводителями. Например, карты Google используют встроенную в смартфон систему GPS для навигации, что значительно изменило работу водителей. Изменилась и мультимедийная система автомобиля. Вместо прослушивания радиопередач или компакт-дисков водители получили доступ к миллионам песен, объединенных в различные музыкальные списки. Совершенствование смартфонов привело к тому, что мультимедийная или развлекательная система в автомобиле превратилась в информационно-развлекательную (AIS).

Работа системы AIS/ADAS с видеокамерами

Рис. 1. Работа системы AIS/ADAS с видеокамерами

Параллельно с этим автопроизводители разрабатывали новые системы безопасности для водителей и пассажиров (ADAS), включающие автоматическое торможение и параллельную автопарковку и использующие передовые технологии и процессорную обработку для повышения безопасности водителя.

Производители автомобилей обратили внимание на мобильные технологии при реализации решений на базе AIS и ADAS. Процессоры для смартфонов - хорошие кандидаты на управление этими автомобильными системами. Обладая малыми размерами и минимальным потреблением, они поддерживают расширенный диапазон температур. Кроме того, массовые объемы производства гарантируют автопроизводителям недорогую платформу для проектирования.

Однако при использовании этих изделий имеются и проблемы.  У смартфонов и автомобилей - совершенно разные циклы проектирования (9…18 месяцев против 3 и более лет). Из-за этого процессорная платформа смартфона может морально устареть, прежде чем спроектированная под нее автомобильная система выйдет на рынок. Имеются проблемы и в части видео. У смартфонов обычно присутствует два видеовхода для поддержки передней и задней камер.

Системы AIS или ADAS могут принимать и анализировать видео с четырех и более камер или других датчиков (рис. 1). Похоже, в дальнейшем, с появлением в автомобиле еще большего количества камер и экранов, придется использовать более мощные процессоры для поддержки автомобильных систем. Учитывая имеющиеся преимущества, очевиднр, что производители автомобилей будут продолжать попытки адаптировать существующие мобильные процессоры для удовлетворения своих потребностей. При этом возникает потребность в гибких решениях, которые могут помочь адаптировать мобильный процессор в качестве прикладного процессора для автомобильных систем.

Для такого типа переходных решений особенно хорошо подходят FPGA (ПЛИС). Современные ПЛИС способны обеспечить необходимую степень гибкости, малое энергопотребление и мощные функции, сохраняя при этом эффективную стоимость. В частности, FPGA могут помочь в разрешении несоответствия по видеовходам/выходам и другим интерфейсам в современном автомобиле, что снижает стоимость и время выхода продукции на рынок. Компания Lattice Semiconductor выпускает для автомобильной промышленности целый ряд FPGA (Field Programmable Gate Array) и ASSP (Application-Specific Standard Part), включая и сертифицированные в соответствии с требованиями AEC-Q100. Спрос на такие решения будет расти, поскольку сегодняшняя система AIS станет основой системы ADAS, управляющей автоматизированным автомобилем будущего.

Информационно-развлекательная система

Когда в 2012 году был представлен автомобиль Tesla Model S, одной из наиболее инновационных особенностей стал большой 17-дюймовый экран на центральной консоли. При этом было отмечено отсутствие физических регуляторов. Все, кроме основных компонентов управления приводом, включая мультимедийную систему и управление микроклиматом, было перенесено на этот гигантский сенсорный дисплей.

Хотя консольный экран Tesla и выделялся размерами, это была естественная эволюция дисплея в салоне автомобиля. Видеодисплей сначала появился на центральной консоли развлекательной системы. Затем начали устанавливать дополнительные дисплеи в подголовниках для пассажиров на заднем сиденье. Сегодня дисплеи широко применяются в качестве цифровой приборной панели и индикаторов на лобовом стекле (Head-Up Display, HUD).

Подобно дисплеям, камеры впервые появились в автомобиле с единственной целью - помочь водителям контролировать пространство позади автомобиля. Затем их функционал расширился. В современном автомобиле камеры могут использоваться для анализа окружающей среды, а информация накладывается на дополненную реальность через встроенный в лобовое стекло дисплей HUD. В некоторых моделях автомобилей боковые зеркала начинают заменять камерами, что снижает аэродинамическое сопротивление и повышает эффективность использования топлива.

По мере увеличения количества камер и экранов, подключенных к AIS, становится сложнее адаптировать к этим системам мобильные процессорные платформы. Большинство смартфонов имеет две камеры: основную на задней поверхности и фронтальную - для видеоконференций. Но для подключения к автомобильной системе с несколькими камерами эти двух входов недостаточно.

Вторая проблема связана с видеоинтерфейсами. Процессоры мобильных телефонов обычно имеют один выход DSI для подключения дисплея, однако автомобильные экраны в основном используют интерфейс LVDS, который многие мобильные процессоры не поддерживают.

Решения Lattice для AIS

FPGA помогают автомобильным AIS адаптироваться к этим задачам, предварительно обрабатывая видеосигналы до пользовательских разрешений, объединяя различные интерфейсы по всему автомобилю и работая как последовательно-параллельный преобразователь(SERDES), позволяющий подключать несколько видеоэкранов к одному видеовыходу.

CrossLink

CrossLink – это первая в мире программируемая микросхема ASSP. Такое мощное решение позволяет объединять несколько входов от камер или датчиков в один высокоскоростной ввод в процессор приложений. Обеспечена поддержка MIPI, CSI-2, subLVDS, LVDS, HiPSI, LVCMOS и выходов. CrossLink также может служить десериализатором, позволяя передавать видео от одного источника на несколько экранов. Такое слияние ASSP и PLD (Programmable Logic Device) обеспечивает максимальную гибкость и интеграцию (рис. 2).

Иллюстрация работы CrossLink

Рис. 2. Иллюстрация работы CrossLink

ECP5 может применяться и в ряде других случаев использования развлекательной системы, включая разделение одного видеовыхода для двух дисплеев на заднем сиденье, а также обрезку и форматирование видео под определенный формат разрешения.

FPGA ECP5

FPGA ECP5 представляет собой микшерный интерфейсный мост, который может служить в качестве видеомоста между выходами DSI или выходом FPD-Link процессора мобильного приложения и LVDS или встроенным входом DisplayPort (eDP) для большинства автомобильных дисплеев (рис. 3).

Работа FPGAECP5

Рис. 3. Работа FPGA ECP5

MHL/HDMI

В качестве видеовходов компания Lattice Semiconductor предоставляет для автомобильного рынка ряд решений ASSP, которые помогают подключать телефоны к автомобильной системе через MHL или HDMI (рис. 4).

Подключение мобильного телефона в автомобиле через MHL/HDMI

Рис. 4. Подключение мобильного телефона в автомобиле через MHL/HDMI

Усовершенствованная система помощи водителю (ADAS)

Системы ADAS используют массив современных датчиков, которые информируют водителя об опасности на дороге и в некоторых случаях автоматически компенсируют изменения дорожных условий. ADAS использует датчики при анализе обстановки вблизи автомобиля. В состав системы могут входить видеокамеры, радары, лазерные (LIDAR) и другие датчики. В автомобилях прежнего поколения камеры использовались в первую очередь для заднего обзора. В системах ADAS видеосигналы с нескольких камер позволяют создать общую панораму вокруг автомобиля.

Камеры также могут использоваться в сочетании с радиолокационными датчиками для помощи при парковке и автоматического торможения или в качестве видеорегистраторов. В составе многих автомобильных систем совместно с датчиками используют несколько камер для анализа окружающей среды. Для более точного анализа окружающей обстановки камеры ADAS получат более высокое разрешение с повышенной частотой кадров и увеличенной глубиной цвета.

Это позволит системам анализировать больший объем данных, но также потребует значительно большей пропускной способности интерфейсов. Если базовая камера заднего вида по-прежнему использует аналоговый интерфейс низкого разрешения, то для камер ADAS требуются более высокоскоростные цифровые интерфейсы, такие как CSI-2. Здесь, как и в мультимедийной системе, ограниченное количество входов/выходов мобильного процессора требует использования мостовой схемы для его адаптации к автомобильной системе. Схемы на основе FPGA позволяют подключить несколько камер и датчиков к одному видеовходу процессора. Более мощные FPGA могут использоваться для предварительной обработки данных и даже для контроля датчиков.

Решения Lattice для ADAS

CrossLink

Как и в информационно-развлекательной системе, при невысокой стоимости и малой потребляемой мощности CrossLink обеспечивает интерфейсный мост для датчиков и камер (рисунок 5). Он позволяет объединять и доставлять данные от нескольких датчиков изображения на AP через один интерфейс CSI-2. Небольшие размеры CrossLink позволяют располагать максимально близко к датчику, добавляя гибкости в процесс конструирования и производства. В будущем CrossLink может быть использован в новых радарных системах ADAS, где CSI-2 является предпочтительным интерфейсом. Радары используются с видеокамерами в разнообразных схемных вариантах для совершенствования функций ADAS. Также CrossLink поможет конвертировать CSI-2 для передачи данных процессору приложения.

Применение CrossLinkв ADAS

Рис. 5. Применение CrossLinkв ADAS

ECP5

В дополнение к функциям моста данных и агрегатора более мощный и функциональный ECP5 может выступать в качестве интеллектуального концентратора (рисунок 6) для объединения нескольких датчиков разных типов и управления ими.

ECP5 в качестве интеллектуального концентратора

Рис. 6. ECP5 в качестве интеллектуального концентратора

Кроме того, ECP5 может выполнять обработку изображения перед отправкой данных в процессор приложения, позволяя уменьшать необходимую вычислительную мощность прикладного процессора для выполнения этих функций и повышая общую производительность автомобильной системы.

Заключение

Гибкость решений на основе FPGA уже оценили во многих отраслях. В автомобильных системах FPGA могут помочь преодолеть разрыв между потребностями современных систем мультимедиа и безопасности и возможностями мобильных процессоров, на которых они работают.

Такое коммерческое решение имеет ряд преимуществ, позволяет производителям автомобилей использовать смартфоны и быстро адаптировать их к меняющимся потребностям автомобильной индустрии.

FPGA могут оказаться полезными и в остальных системах автомобиля. Сегодня FPGA начинают использовать в других отраслях для управления двигателем, что может оказаться полезным и в автомобильной сфере.

Автомобильная электроника, особенно системы помощи водителю, продолжает совершенствоваться, что должно привести к созданию беспилотных автомобилей. Все больше и больше датчиков придется интегрировать в такие системы, поэтому будет расти и потребность в FPGA для обеспечения гибких возможностей подключения камер и датчиков, их адаптации к изменяющимся требованиям рынка.

Журнал: ELECTRONICS INFORMATION UPDATE, июль 2017 г.
Производитель: Altera Corp.
Наименование
Производитель
Описание Корпус/
Изображение
Цена, руб. Наличие
EP1C12Q240C8N
EP1C12Q240C8N
Altera Corp.
Арт.: 128916 ИНФО PDF
Доступно: 37 шт. от: 3090 руб.
CYCLONE FPGA,SMD,1C12Q240,WAFFLE12; Programmable Logic Type:FPGA; Logic IC Function:FPGA; I/O lines, No. of:173; Macrocells, No. of:12060; Frequency:275MHz; I/O Interface Standard:LVTTL, LVCMOS, SSTL-2, SSTL-3, LVDS, PCI; Voltage, Supply Min:1.425V; Voltage, Supply Max:1.575V; Case Style:PQFP; Temperature, Operating Range:0°C to +85°C; Pins, No.…
EP1C12Q240C8N от 3090,00 от 2 шт. 2650,00 от 3 шт. 2380,00 от 7 шт. 2210,00 от 16 шт. 2100,00
20 шт.
(на складе)
17 шт.
(под заказ)
EP1K30TC144-3N
EP1K30TC144-3N
Altera Corp.
Арт.: 241257 ИНФО DT
Доступно: 125 шт. от: 3000 руб.
ACEX 1K PLD, 1K30, TQFP144, 3.3V; Logic IC Function:FPGA; Logic IC Base Number:EP1K30; I/O lines, No. of:102; Case Style:TQFP; Temperature, Operating Range:0°C to +70°C; Base Number:1; Gates, No.…
EP1K30TC144-3N от 3000,00 от 2 шт. 2570,00 от 3 шт. 2310,00 от 7 шт. 2140,00 от 17 шт. 2040,00
125 шт.
(на складе)
EP1C6T144C8N
EP1C6T144C8N
Altera Corp.
Арт.: 244320 ИНФО PDF DT
Доступно: 249 шт. от: 1640 руб.
CYCLONE FPGA 5980,SMD,1C6T144,WAFFLE30; Programmable Logic Type:FPGA; Logic IC Function:FPGA; I/O lines, No. of:98; Macrocells, No. of:5980; Frequency:275MHz; I/O Interface Standard:LVTTL, LVCMOS, SSTL-2, SSTL-3, LVDS, PCI; Voltage, Supply Min:1.425V; Voltage, Supply Max:1.575V; Case Style:TQFP; Temperature, Operating Range:0°C to +85°C; Pins, No.…
EP1C6T144C8N от 1640,00 от 3 шт. 1410,00 от 6 шт. 1270,00 от 12 шт. 1170,00 от 31 шт. 1110,00
180 шт.
(на складе)
69 шт.
(под заказ)
EP1C6Q240C6N
EP1C6Q240C6N
Altera Corp.
Арт.: 248177 ИНФО PDF DT
Поиск
предложений
FPGA, CYCLONE, 5980 LE, 240PQFP; Programmable Logic Type:FPGA; Logic IC Function:FPGA; Logic IC Family:CYCLONE; Logic IC Base Number:EP1C; I/O lines, No.…
EP1C6Q240C6N от 3072,27
-
Поиск
предложений
EP1C3T144I7N
EP1C3T144I7N
Altera Corp.
Арт.: 287063 ИНФО PDF DT
Поиск
предложений
CYCLONE FPGA 2910, SMD, 1C3T144; Programmable Logic Type:FPGA; Logic IC Function:FPGA; Logic IC Base Number:1; I/O lines, No. of:104; Macrocells, No. of:2910; Frequency:320MHz; I/O Interface Standard:LVTTL, LVCMOS, SSTL-2, SSTL-3, LVDS, PCI; Voltage, Supply Min:1.71V; Voltage, Supply Max:1.89V; Case Style:TQFP; Temperature, Operating Range:-40°C to +100°C; IC Generic Number:1C3T144; Logic Function Number:1C3T144; Pins, No.…
EP1C3T144I7N от 2349,68
-
Поиск
предложений
EP1C4F324C8N
EP1C4F324C8N
Altera Corp.
Арт.: 670684 ИНФО PDF
Поиск
предложений
FPGA - Field Programmable Gate Array FPGA - Cyclone I 400 LABs 249 IOs
EP1C4F324C8N
-
Поиск
предложений
EP1C12F256I7N
EP1C12F256I7N
Altera Corp.
Арт.: 889137 ИНФО PDF
Поиск
предложений
FPGA - Field Programmable Gate Array FPGA - Cyclone I 1206 LABs 185 IOs
EP1C12F256I7N от 42 шт. от 7633,63
-
Поиск
предложений

Сравнение позиций

  • ()