采用灵活的汽车FPGA提高片上系统级集成和降低物料成本

　　回到技术方面，使用 PLD 还将提高可靠性。虽然 LVDS 发射器与接收器配对在市场上早有供货，但采用 PLD 可让开发者将收发器集成在单个器件内。PLD 不仅提供了各种集成信号传输功能，而且还集成了源和终端电阻。通过消除大量分立元件，设计者可以减少元件数量，从而简化 PCB，实现可靠得多的信号传输结构。最终结果将是一个更为成本有效和可靠的系统。

　　PLD 不仅可集成信号传输能力，而且还提供了将整个系统包含在单个可编程器件上的能力，这也包括处理器。通过将整个设计放在单个芯片上，设计者可以减少电路板上的元件数量及相关连接，从而构成一个可伸缩、便携和可靠的系统。例如，色温是车载显示器开发者需要面对的许多图像增强问题之一。世界上的不同区域对色温优选参数的要求不同。通过使用 PLD 创建一种可伸缩的色温调节解决方案，该解决方案可在许多地理区域内使用，支持多种显示器类型，只需针对地理上优选的色温设置进行微小的调节。平台可伸缩性和设计可靠性丝毫未减，同时还可以节省成本。

　　大多数 PLD 具有内置时钟调理功能，以便进行占空比校正，和时钟管理器，以允许进行时钟控制。时钟管理器被安置

在内部专门的低畸变线上，以实现精确的全局性时钟信号。这种时钟提供了高速时钟设计的完整解决方案，例如图像处理所需要的那些设计。抗畸变的内部和外部时钟消除了时钟分布延迟并提供了高分辨率相移。这些时钟还具有灵活的频率综合功能，可生成输入时钟频率分数或整数倍的时钟频率。可靠的时钟管理系统对时序和控制电路来满足不断增长的显示需求非常有用。

　　图像缩放需求同样可以采用 PLD 来解决。以实时图像尺寸调整为例。线路缓冲器和系数组可通过块 RAM 来实现。其他所有东西，包括垂直和水平乘法器、加法树、定序器与控制等，可使用 PLD 内的基本逻辑结构来实现。同时垂直和水平乘法器之间无需进行中间缓冲，因而不存在帧延迟。

　　目前许多汽车远程信息处理应用需要高性能视频和图像处理能力。PLD 拥有大量特性，使得它们特别适合处理各种应用，如导航系统和后座娱乐/视频等，纯粹从架构角度来看，采用 PLD 将提供各种性能优势。例如，FPGA 中的分布式 RAM 用于存储 DSP 系数和 FIR 滤波器，可提供高存储器带宽。双端口块 RAM 针对数据缓冲和存储进行了优化，并可用于 FFT 等应用。使用由嵌入式乘法器和累加器构建的 MAC，PLD 还可每秒执行几十亿次 MAC 运算。PLD 中的大量乘法器还可用于创建并行乘法器阵列，支持复杂的高性能 DSP 任务，而传统的 DSP 只能限于执行串行处理。嵌入式 SRL16 由寄存器和 LUT 构成，支持多通道数据路径的高效实现。通过支持构建高效的时分复用 (TDM) 硬件结构，它们还可极大地提高 FPGA 计算强度。

图 1：传统 DSP 与 FPGA DSP 比较。

　　简单使用 PLD，开发者可以充分利用其灵活架构和分布式 DSP 资源，如查找表 (LUT)、寄存器、乘法器和存储器等。通过遍布器件的分布式 DSP 资源、分段式布线和组件使用，FPGA 可以使算法在器件中最佳地实现。例如，设计者可以调整阵列的尺寸，使之适合准确的计算要求，特别适用于对图像进行计算。计算可以对几组像素进行，例如对离散余弦变换 (DCT) 块和图像中的其他块并发进行计算，而不必顺序扫描整个图像。而且由于现在处理可以实时完成，因此使用 PLD 时缓冲像素值对存储器的需求减少。

　　尽管传统的可编程 DSP 可满足宽范围的应用，但其具有自己的限制。例如，传统 DSP 受其架构束缚，具有固定数据宽度和有限的 MAC 单元，因此其串行处理方式限制了其数据吞吐率。这迫使系统必须以较高的时钟频率运行，以提高数据吞吐率，但却产生了一系列其他挑战。同时，它采用多个 DSP 来满足带宽需求，产生功耗和电路板空间问题。通过使用 PLD，设计者可以实现解决更高性能、高质量、实时显示器挑战所需的定制解决方案。PLD，凭借其灵活架构和 DSP 资源，可同时支持串行和并行处理。通过选用并行处理，系统具有了在单个时钟周期内最大化其数据吞吐率的潜力。再次，设计者可以调整阵列的尺寸以适应特定的处理需求。

　　那些通常通过定制、离散 ASIC、ASSP 或图像处理器来解决的问题，找到了在 PLD 中的解决方法。例如，在高分辨率 LCD 监视器的伽马校正需求中有一种 DSP 图像增强应用。伽马校正控制着图像的总体亮度。它还会影响某种特定颜色表现的色调，影响红到绿到蓝的比例。所有图像源均假定显示设备具有非线性的亮度输入输出函数，称为伽马函数，公式为 Vout = Vin^y，其中 y 一般在 2.2 到 2.8 之间。如果这种偏差没有得到校正，输出显示将呈现具有很小色饱和度的苍白显示。在 PLD 中，RGB 空间的伽马校正一般通过动态更新 LUT 以便在输出端显示适当的响应来完成。若把 8 位和 10 位 LUT 近似进行比较，很显然 10 位分辨率更接近理想的伽马曲线。