采用灵活的汽车 FPGA 来提高片上系统级集成和降低物料成本

　　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。

采用 10 位 LUT 时这种近似的公式为：
X’ = 1023 * (X/256) ^ (1/γ)，其中
X’ = R’、G’ 或 B’，10 位校正输出
X = R、G 或 B，8 位未校正伽马输入
注：如果计算出现小数结果，则使用标准的四舍五入法。
　　
经过伽马校正的 30 位 R’G’B’ 输出需要通过图像抖动引擎，来找出对输出到显示设备最接近的颜色 24 位 RGB 输出。有多种图像抖动算法。通过采用 PLD，开发者可以对多种算法快速进行比较，以确定哪种算法满足其应用要求。抖动算法还可快速且容易地修改，只需在源代码中进行算法修改，然后重新配置 PLD 即可。
　　
色温校正器是反馈装置，它将根据输出的颜色响应动态地修改输入 RGB 值。RGB 输出的值与黑体辐射色温进行比较，以动态确定理想的色温输出。
　　
这可以在单片 PLD 中实现，如下所示。

　　图 2：伽马校正

　　
汽车行业正在迎来其历史上最激动人心和最具挑战性的时代。包含新的和快速变化协议的新模块不断实现，这些协议中有些来自快速演进的消费市场。更苛刻的进度限制使保持汽车行业的高质量和可靠性要求更加困难。灵活和平台可伸缩的系统级集成逐渐成为必需，以达到低 OEM 模块成本目标。
　　
今天的 PLD 已成为固定逻辑器件的一种可行的替代选择。PLD 提供商们正在面对汽车市场展示其服务承诺，这包括推出温度容限为－40℃到＋125℃的封装和努力达到汽车行业的严格要求，包括 ISO TS 16949 认证，AEC-Q100 鉴定流程和生产件批准程序 (PPAP)。这使得汽车工程师们能够在对元件质量和性能完全放心的情况下，满足其挑战性的设计目标，同时提供快速响应不断变化的汽车和多媒体标准与协议的能力。