FPGA技术在车载测试中的应用

用户解决方案1：便携式车载数据采集系统

车载数据采集的信号类型包括温度信号（热电偶或RTD）、声音和振动信号（带IEPE激励的加速度传感器或麦克风）、压力和载荷信号（应变计或称重传感器）、位置信号（LVDT或线性电位计）、速度信号（编码器）、控制总线信号（CAN，J1350，ODBII）以及视频信号等。这些信号都用于评价汽车性能。

德国Goepel Electronic公司在面临上述信号类型、环境条件复杂、有大量数据存储要求、用于车载测试分析和在线诊断的便携式测试设备需求时，选择了NI CompactRIO嵌入式控制系统、LabVIEW FPGA模块和LabVIEW Real-Time模块，在很短的时间内开发了CARLOS(in-car logging system)。采用CompactRIO平台的低成本解决方案，大大节省了预算。

图2所示CompactRIO硬件平台是一个基于FPGA技术的嵌入式系统。FPGA芯片是CompactRIO体系结构的核心，直接与相应的车载模块相连。车载模块可直接与车用传感器、执行器与网络相联，并提供信号调理、隔离和汽车总线。该平台包含一个嵌入式实时处理器，可用于独立工作、确定性控制、车载数据记录和分析等。CompactRIO具有小型、坚固的机械封装，可承受50倍g冲击，工作于-40 ℃～+70 ℃温度范围，提供双电压输入（9～35 V），可直接从车上电池取电。这些都使CARLOS适用于复杂的车载测试环境和有限的测试空间。

该系统已成功用于实验室、风洞和试验场上的汽车测试，可长时间记录数据。另外，通过选择相应的车载模块和内置的应用程序，可实现不同测试需求。例如为了实现冬季或夏季试验中发动机热管理系统的评价测试，只需选择温度等信号对应的车载模块和已开发好的LabVIEW应用程序即可。同时，该程序提供报警、用LabVIEW报告生成工具包实现数据写入EXCEL表格、或直接写进数据库、历史数据查看等功能。此外，基于FPGA的CompcatRIO开放式架构允许用户扩展系统或进一步开发自定义的测试系统。

用户解决方案2：自定义远程模块开发

无线通信技术已广泛应用于实现汽车行进中的状态监控、精确定位和远程通信，包括GPS导航和精确定位、胎压监测等。其中，GPS在日本和欧美汽车上的安装普及率逐年上升，在国内也越来越受关注。

德国S.E.A.Datentechnik GmbH公司针对车载无线通信测试的需求，为了尽快将产品投入市场，选择了基于FPGA技术的CompactRIO开放式硬件平台和LabVIEW开发环境。根据车载远程控制、数据采集、位置跟踪等应用需求开发了cRIO GPRS(General Packet Radio Service)、 cRIO GPS(Global Positioning System)、cRIO RCC(Radio Controlled Clock)和一个混合模块cRIO Gxxx，如图3所示。最终，整个项目的开发时间比原计划缩短了40%。

GPS模块通过接收L1波段的GPS信号实现精确定位。接收机可以在启动之后将数据转换成NMEA 0183格式，以便进一步分析。备份电池可以保证接受机的记忆功能，存储历史信息，如位置数据。该模块可用于汽车导航、精确定位。GPRS模块通过GSM/GPRS公网进行测量数据和事件消息传输，同时使用SIM卡读卡器接入GSM/GPRS网络，以短信方式收发数据，可应用汽车防盗系统。RCC模块用于分布式系统的时间同步；混合模块则集合了以上功能。在车载应用时，CompactRIO嵌入式系统的高度可靠性得以充分体现。

这些模块除用于车载测试外，还可广泛应用于ATM终端、工业和远程医疗系统、远程诊断等。

FPGA技术带来了车载测试技术的创新，凭借开发基于FPGA硬件的单个系统可以实现不同的车载测试应用，而无需定制多个测试设备。图形化FPGA编程则进一步缩短了开发时间。NI CompactRIO是基于FPGA的硬件平台之一，用户可以开发适用于汽车总线、不同信号类型的车载测试应用，甚至可以自己定制开发模块实现特定的车载测试功能。