這些車(chē)輛的電子系統不僅應滿(mǎn)足功能要求，而且還要確保在汽車(chē)的整個(gè)使用壽命期間無(wú)缺陷和故障地安全運行。這些系統中使用的部件必須滿(mǎn)足或超過(guò)汽車(chē)電子協(xié)會(huì )（AEC）等各種工業(yè)團體規定的可靠性標準。安全性關(guān)鍵的汽車(chē)應用還應能夠防止這些系統功能因為任何未授權訪(fǎng)問(wèn)、篡改或破壞而被改變并導致災難性結果（包括人命傷亡）。

 

汽車(chē)工業(yè)正經(jīng)歷重大的結構化轉變。自主駕駛革命增加了電子系統的復雜性和縮短了設計周期。隨著(zhù)人們對安全和燃油效率的關(guān)注增加，混合動(dòng)力車(chē)輛和電動(dòng)車(chē)輛的勢頭越來(lái)越猛。

 

這些車(chē)輛的電子系統不僅應滿(mǎn)足功能要求，而且還要確保在汽車(chē)的整個(gè)使用壽命期間無(wú)缺陷和故障地安全運行。這些系統中使用的部件必須滿(mǎn)足或超過(guò)汽車(chē)電子協(xié)會(huì )（AEC）等各種工業(yè)團體規定的可靠性標準。安全性關(guān)鍵的汽車(chē)應用還應能夠防止這些系統功能因為任何未授權訪(fǎng)問(wèn)、篡改或破壞而被改變并導致災難性結果（包括人命傷亡）。

 

 

汽車(chē)創(chuàng )新和技術(shù)進(jìn)步正推動(dòng)配置安全解決方案、減少相關(guān)安全威脅的需求。雖然包括高級駕駛輔助系統（ADAS）、車(chē)輛連接性和自主駕駛等先進(jìn)特性對車(chē)輛的舒適性和安全性水平做出了重大貢獻，但它們也使車(chē)輛更容易遭受黑客攻擊和各種安全威脅。

 

例如，V2V/V2I通信系統采用專(zhuān)用車(chē)載短程通信系統，使車(chē)輛能夠將安全相關(guān)信息發(fā)送到其它車(chē)輛和從其它車(chē)輛接受此類(lèi)信息。所有V2V/V2I信息都來(lái)源于值得信任的來(lái)源，并且應有安全防護措施，確保信息未在發(fā)送和接收之間被篡改，這是非常重要的。如果車(chē)輛之間未建立值得信任且安全的通信，后果會(huì )非常嚴重。共享信息和車(chē)內通信使用的增加，也使汽車(chē)容易受到黑客攻擊。此外，使用者關(guān)心隱私問(wèn)題，要求保證信息不會(huì )泄露駕駛員的身份或位置信息。匿名車(chē)輛的安全信息應只提供給預先授權的車(chē)輛和其它機構。

 

一些FPGA集成了多種安全特征，如差異化功率分析（DPA）保護、加密加速器、高級加密標準（AES）、安全散列算法（SHA）、篡改檢測器、物理不可克隆功能（PUF）等，可以提供硬件、設計和數據水平的安全，從而實(shí)施安全的汽車(chē)解決方案。

 

 

ADAS是提供被動(dòng)和主動(dòng)反饋以改善駕駛員安全性和舒適感的電子系統。它們是預測性系統，針對潛在危險提供預先報警，以防止事故。由于消費者安全意識增加及政府法規規定，這些系統正日益被OEM采納。ADAS的各種特征包括自適應巡航控制、盲點(diǎn)預警、偏道警告、避碰和行人檢測系統。ADAS以復雜的傳感器配置為基礎，傳送信息如速度、溫度、物體存在性、信號和車(chē)道檢測至處理和控制裝置。這些輸入經(jīng)過(guò)處理，實(shí)現圖像增強、畸變校正、物體識別和運動(dòng)估計，然后，經(jīng)分析后，采取糾正措施?？刂葡到y接收處理過(guò)的輸入，控制輸出，如剎車(chē)或向駕駛員報警。ADAS必須堅守其功能以避免事故，因此，需要安全的，帶有失效保護的實(shí)施方案。FPGA能夠實(shí)施數據處理和顯示功能，提供可靠安全的解決方案。

 

采用車(chē)載專(zhuān)用短程無(wú)線(xiàn)電通信器件，V2X通信系統將有關(guān)安全的信息傳輸到其它車(chē)輛（圖1）。這些信息包括有關(guān)車(chē)輛速度、方向、剎車(chē)狀態(tài)和尺寸。這些系統還接收有關(guān)其它車(chē)輛的相同信息。配備V2X的車(chē)輛由于能夠通過(guò)其它車(chē)輛獲得更遠的檢測距離及“看到”周?chē)h(huán)境，因此能夠以比傳感器、攝像頭或雷達快很多的速度“意識”到其它車(chē)輛的存在，并向其它駕駛員預警某些威脅。

 

圖1：車(chē)輛連接性：V2X (V2V和V2I)

 

但是，如果V2X系統無(wú)法確保信息來(lái)自于值得信任的來(lái)源，且它們并未在發(fā)送和接收之間被篡改，則可能出現嚴重的后果，包括人命傷亡。FPGA采用對稱(chēng)或不對稱(chēng)加密技術(shù)，產(chǎn)生公鑰基礎設施（PKI）系統的私鑰，能夠為V2X實(shí)施安全的通信系統（圖2）。

 

圖2：FPGA可以為V2X實(shí)施安全的通信系統

 

燃油價(jià)格持續飆升、近期有關(guān)碳排放的法律規定、客戶(hù)對更好性能和質(zhì)量的要求，正迫使汽車(chē)工業(yè)提供更好的內燃機替代方案。向顧客提供各種選擇方案，包括混合、插電式混合動(dòng)力和全電動(dòng)方案的動(dòng)力系統電氣化，已經(jīng)成為趨勢（圖3）。汽車(chē)電子在這種電氣化中起著(zhù)非常重要的作用，從而導致了新的復雜的發(fā)動(dòng)機控制單元面世?；旌?電動(dòng)發(fā)動(dòng)機控制單元在以下方面使得設計人員面臨挑戰：

 

 

閃存FPGA的優(yōu)點(diǎn)有可重編程性、安全性、可靠性、硬件配置性及延展性溫度支持，使設計人員能夠應對前面提到的挑戰。

 

圖3：混合、插電式混合和全電動(dòng)車(chē)輛提供更好的內燃機替代方案

 

 

隨著(zhù)復雜性不斷增加和對駕駛員安全的不斷重視，邏輯上FPGA正日益適合新一代汽車(chē)系統。支持汽車(chē)應用采用FPGA的因素有幾個(gè)。

 

 

FPGA能夠并行運行多種功能，在A(yíng)DAS、智能停車(chē)輔助系統和功率控制系統（電動(dòng)車(chē)）等應用中提供巨大的優(yōu)勢。這些應用涉及同時(shí)處理不同類(lèi)型的數據，同時(shí)向駕駛員反饋，或產(chǎn)生多種控制功能信號。例如，ADAS和智能停車(chē)輔助系統應用要求同時(shí)處理來(lái)自多個(gè)來(lái)源，如攝像頭、傳感器等的數據。處理IP可以在FPGA架構中實(shí)施，使單臺器件可以同時(shí)執行多種功能。大多數FPGA還擁有集成外設內核，能夠實(shí)施通常使用的功能，如控制器局域網(wǎng)通信（CAN）。這些外設內核經(jīng)優(yōu)化，可與各種輸入信號并行處理一起使用。

 

 

現代汽車(chē)包括控制和監測各種功能的多個(gè)處理裝置和傳感器。包括ADAS、V2V/V2I和停車(chē)輔助系統的應用顯著(zhù)改善了汽車(chē)使用者的安全性，但是，這些先進(jìn)的特點(diǎn)也帶來(lái)了新的潛在風(fēng)險。建立安全系統的重要一步是確保系統不受惡意篡改攻擊?，F在的FPGA擁有幾項集成安全特征，如高級加密加速器、AES、SHA、橢圓曲線(xiàn)密碼體制（ECC）、安全比特流、PKI和防DPA，所有這些特征使FPGA能夠構建安全系統。

 

另一個(gè)設計汽車(chē)系統的重要條件是需要連續運行幾年而不受環(huán)境影響（如單粒子翻轉（SEU））的高可靠系統。閃存FPGA基于閃存架構，因而對SEU免疫，提供零失效（FIT）率，應對汽車(chē)應用的高可靠性要求，極大地簡(jiǎn)化了此類(lèi)關(guān)鍵系統的冗余要求和改進(jìn)了可靠性。

 

 

現在，汽車(chē)制造商偏愛(ài)基于平臺的實(shí)施，即以某種設計為基礎，將其進(jìn)行適度修改，形成各個(gè)型號的差異化方案。。這種方法使汽車(chē)制造商縮短了設計周期和引入了新的特征。

 

FPGA帶有編程性和廣泛資源，因而是建立平臺解決方案的理想選擇。由于FPGA可以編程，使得汽車(chē)制造商能夠在最后一分鐘修改設計，但并不會(huì )顯著(zhù)延長(cháng)上市時(shí)間，是一個(gè)出色的選擇方案。

 

 

汽車(chē)設計周期正變得越來(lái)越短，推動(dòng)頂級公司不僅要快速建立設計原型，而且要滿(mǎn)足性能水平的要求。FPGA擁有可編程的靈活架構，提供了開(kāi)發(fā)原型、評價(jià)性能和設計定型的理想平臺。

 

 

安全性和可靠性是汽車(chē)應用重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題，汽車(chē)系統需要滿(mǎn)足該行業(yè)主流的高可靠性和安全性法規。美高森美公司提供擁有可靠性和安全性特征的汽車(chē)級（AEC-Q100）SmartFusion2 SoC FPGA和IGLOO2 FPGA。SmartFusion2和IGLOO2是功耗和成本優(yōu)化的產(chǎn)品，為汽車(chē)客戶(hù)提供最低總擁有成本。

 

美高森美應對汽車(chē)應用設計人員面臨的基本挑戰，提供（圖4）：

 

 

 

本文轉載自電子技術(shù)設計。