賽靈思與微軟汽車業(yè)務(wù)部推出的智能車載信息系統(tǒng)

　　Spartan-3 FPGA 因其設(shè)計(jì)靈活性和高性能而被選用。

　　根據(jù)美國(guó)交通部的一項(xiàng)研究，全世界人們每周在汽車上度過的交通時(shí)間超過 5 億小時(shí)。 既然花在汽車上的時(shí)間如此之多，人們希望能夠利用這些時(shí)間來(lái)享受娛樂，同心愛的人說(shuō)說(shuō)話，甚至完成一些通常需要在工作場(chǎng)所才能完成的任務(wù)。

　　在汽車中保持聯(lián)系是人們最想實(shí)現(xiàn)的，這只要看一看手機(jī)的使用就可以知道。 另外，路上遭遇嚴(yán)重的交通堵塞，走錯(cuò)了路，或者遇到像汽油用完了之類的常事，都可能影響您準(zhǔn)時(shí)到達(dá)目的地。

　　如何才能讓駕駛者在安全駕駛的同時(shí)保持聯(lián)系，并按時(shí)到達(dá)目的地呢？ 巧妙的方法是通過語(yǔ)音命令結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)連接進(jìn)行通信和控制。 Microsoft Telematics Platform（微軟車載信息處理平臺(tái)）提供了這一功能，它是一種用于集成各種移動(dòng)設(shè)備和通過互聯(lián)網(wǎng)與無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳送信息的集線器。

　　微軟車載信息處理平臺(tái)提供以下功能：

　　• 高級(jí)的優(yōu)質(zhì)語(yǔ)音識(shí)別與合成技術(shù)

　　• 點(diǎn)播 Web 服務(wù)，如避免交通堵塞，訪問最新頭條新聞，或通過“MSN 汽車”頻道（目前僅適用
于美國(guó)）查找距離最近價(jià)格最低的加油站

　　• 個(gè)性化導(dǎo)航：借助 GPS 尋找感興趣的地點(diǎn)或指引方向

　　• PDA/手機(jī)集成藍(lán)牙技術(shù)，將手機(jī)和 PDA 無(wú)線連接到汽車的電子系統(tǒng)，讓駕駛者能夠通過汽車的音響系統(tǒng)使用語(yǔ)音來(lái)?yè)艽蚝徒勇犽娫?、獲得會(huì)議提醒和訪問重要數(shù)據(jù)。

　　• 通過遠(yuǎn)程診斷檢查車輛的“健康”狀況，包括故障與維護(hù)報(bào)警，從而有可能提高

　　微軟公司的汽車業(yè)務(wù)部與賽靈思®共同創(chuàng)建了能夠以低成本點(diǎn)提供這些優(yōu)點(diǎn)的參考平臺(tái)，從而促進(jìn)了面向全世界駕駛者的更簡(jiǎn)單、更可靠且消費(fèi)得起的解決方案的開發(fā)。

　　靈活和可伸縮的平臺(tái)

　　傳統(tǒng)的汽車電子設(shè)計(jì)方法一直是根據(jù)汽車制造商的需要開發(fā)很具體的、定制的和固定的解決方案。 車載信息系統(tǒng)與信息娛樂正迫使汽車工業(yè)對(duì)被設(shè)計(jì)到一個(gè)典型的“聯(lián)網(wǎng)汽車”中的產(chǎn)品和系統(tǒng)進(jìn)行重新思考。

　　消費(fèi)世界與汽車的融合——如車載信息系統(tǒng)等應(yīng)用——已將“消費(fèi)開發(fā)”思想強(qiáng)行灌輸給一個(gè)傳統(tǒng)上緩慢、保守且由成本驅(qū)動(dòng)的行業(yè)。 由消費(fèi)行業(yè)帶來(lái)的新需求要求快速變化，因?yàn)橄M(fèi)者總是期待著有新的大事的出現(xiàn)。

　　這種需求迫使人們尋求不僅能夠滿足當(dāng)前應(yīng)用而且能夠?qū)崿F(xiàn)未來(lái)和潛在未知特性的靈活架構(gòu)和設(shè)計(jì)改變方法。這與典型的汽車電子設(shè)計(jì)通常所要求的多年的開發(fā)與驗(yàn)證周期存在沖突?，F(xiàn)在，一個(gè)目前開發(fā)的平臺(tái)（用于兩三年后發(fā)布的新車）擁有能夠應(yīng)對(duì)在整個(gè)產(chǎn)品開發(fā)周期內(nèi)和推出后發(fā)生的未知變化的足夠系統(tǒng)資源是必需的。

　　對(duì)任何平臺(tái)而言，靈活性和伸縮性對(duì)架構(gòu)能否成功獲得市場(chǎng)接受都至關(guān)重要，無(wú)論是基本系統(tǒng)還是高性能的高端車載信息系統(tǒng)。 鑒于此，微軟開發(fā)了一個(gè)真正可以定制和伸縮的汽車標(biāo)準(zhǔn)車載信息處理平臺(tái)。

　　該平臺(tái)整合了一個(gè)基于 ARM 9 的微控制器，支持 32 MB閃存/32 MB DRAM 以上的內(nèi)存，并包含集成 GPS 藍(lán)牙和一個(gè) GSM 電話模塊。 外部車輛連接包括一個(gè) CAN 網(wǎng)絡(luò)接口以及有保護(hù)的模擬和數(shù)字 I/O，用于實(shí)現(xiàn) LED 驅(qū)動(dòng)和按鈕輸入等功能。 該平臺(tái)的基本架構(gòu)如圖 1 所示。

　　微軟利用了 FPGA 技術(shù)的靈活性和高集成度能力。該 平臺(tái)使用了一個(gè) Spartan™-3 XC3S400 FPGA，用于實(shí)現(xiàn)多個(gè)獨(dú)立的目的，如 GSM 電話接口、車輛接口（CAN 控制器和 K-線路）以及復(fù)雜的音頻信號(hào)調(diào)節(jié)和路由功能（如圖 2 所示）。

　　FPGA 提供的高集成度也具有在一個(gè)器件內(nèi)包含多種總線、接口和時(shí)鐘的優(yōu)點(diǎn)，從而使利用EMI的設(shè)計(jì)容易管理。 此外，減少組件數(shù)量和電路板空間將降低生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)更高的制造質(zhì)量，在任何汽車設(shè)計(jì)中這些都是重要的因素。

　　在了解了車輛開發(fā)的實(shí)質(zhì)和目前已有的眾多不同的車輛接口，微軟有意設(shè)計(jì)了一個(gè)靈活的解決方案，可允許對(duì)后端車輛接口進(jìn)行快速修改而不影響下層架構(gòu)和系統(tǒng)性能。 例如，在未來(lái)將有可能調(diào)節(jié)FPGA 解決方案，使之能滿足帶有諸如 MOST、IDB-1394 或其它數(shù)字車輛網(wǎng)絡(luò)等汽車總線的最終應(yīng)用的需求。

　　語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)

　　微軟車載信息處理平臺(tái)的核心是語(yǔ)音識(shí)別 (VR) 系統(tǒng)。 任何 VR 系統(tǒng)中的音頻信號(hào)路徑都是模擬偏置/濾波、數(shù)字化和數(shù)字濾波，最后才將信號(hào)送到 VR 引擎進(jìn)行語(yǔ)音處理。

　　在此路徑中，存在多個(gè)多余噪聲進(jìn)入系統(tǒng)（包括電氣平臺(tái)上和汽車環(huán)境內(nèi)，甚至在這些電子裝置之前）的機(jī)會(huì)。 產(chǎn)品開發(fā)者和汽車制造商都必須確保話筒位置和類型能正確地適用于應(yīng)用和環(huán)境。

　　在完美的情況下，VR 系統(tǒng)將接收到干凈、連續(xù)的語(yǔ)音信號(hào)——但鑒于汽車環(huán)境的動(dòng)態(tài)本質(zhì)，設(shè)計(jì)可接受的語(yǔ)音識(shí)別并不是一件容易的事。諸如車速、車窗狀態(tài)（開/關(guān)）、道路噪聲以及天氣狀況（雨/風(fēng)）等因素將進(jìn)一步惡化本來(lái)已很難解決的VR 系統(tǒng)問題，如語(yǔ)言、口音和性別等。這些附加的因素增強(qiáng)了在信號(hào)到達(dá) VR 引擎之前采用高適應(yīng)性數(shù)字濾波算法對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理的重要性。

　　微軟選擇了用硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)這種信號(hào)預(yù)處理功能，并采用了賽靈思的并行 DSP 處理。 Spartan-3 FPGA 具有多達(dá) 104 個(gè)嵌入式 18 位乘法器，特別適合用于在一個(gè)低成本器件中實(shí)現(xiàn)緊湊 DSP 結(jié)構(gòu)，如 MAC 引擎、分布式算術(shù) FIR 濾波器以及全并行 FIR 濾波器。

　　微軟還將處理器密集型軟件濾波任務(wù)卸載到硬件中來(lái)實(shí)現(xiàn)。 當(dāng)然，這種預(yù)處理也可以用 ASSP 來(lái)實(shí)現(xiàn)，如專用 DSP 芯片。 但這樣做就會(huì)失去通過該平臺(tái)其它部分的高度集成所獲得的好處。

　　車載信息系統(tǒng)與 VR 的結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)專門適用于某些類型的用戶和環(huán)境（如語(yǔ)言：英語(yǔ)；口音：蘇格蘭；性別：女）的可適應(yīng)和可升級(jí)的 VR 引擎和 DSP 濾波器。

　　在設(shè)計(jì)汽車產(chǎn)品（特別是車輛的信息娛樂部分）時(shí)留有充分備用資源以適應(yīng)新的和意外的未來(lái)升級(jí)的重要性同樣適用于 FPGA。 現(xiàn)在對(duì)汽車 OEM 廠商來(lái)說(shuō)越來(lái)越清楚的是，采用靈活和可伸縮固件的架構(gòu)在未來(lái)平臺(tái)中是必需的。

　　雖然目前的微軟平臺(tái)中沒有實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)協(xié)處理器，但可以很容易地通過添加軟處理器來(lái)實(shí)現(xiàn)。 就像在微軟的設(shè)計(jì)中把 DSP 處理負(fù)荷從主處理器上卸載一樣，也可以使用嵌入式處理器（如 Xilinx 32 位 MicroBlaze™ 軟處理器或 8 位 PicoBlaze™ 微控制器）從主系統(tǒng)處理器上卸載一些處理負(fù)荷。

　　用于汽車應(yīng)用的FPGA

　　近年來(lái)車載電子設(shè)備出現(xiàn)了巨大的增長(zhǎng)，不僅傳統(tǒng)的車身控制和發(fā)動(dòng)機(jī)管理方面，還包括駕駛員輔助系統(tǒng)和車載信息系統(tǒng)應(yīng)用等新的領(lǐng)域。 IEEE 最近公布的數(shù)字顯示，汽車電子年增長(zhǎng)率為 16%，并預(yù)計(jì)到 2005 年在一個(gè)中型汽車內(nèi)電子設(shè)備的成本將占到總成本的 25%。

　　車載信息系統(tǒng)顯示出更像消費(fèi)產(chǎn)品的一些特性——上市時(shí)間快，在市時(shí)間短，標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議不斷變化。 這些問題將影響工程師們進(jìn)行設(shè)計(jì)和選擇所需硬件以快速創(chuàng)建、重復(fù)和支持未來(lái)升級(jí)的方法。

　　現(xiàn)在 FPGA 技術(shù)可以滿足這些要求。 賽靈思承諾將通過其賽靈思汽車 (XA) 系列產(chǎn)品滿足車載信息系統(tǒng)和汽車信息娛樂應(yīng)用的需求，該系列產(chǎn)品可提供以下特性：

　　• 擴(kuò)展溫度范圍，最高可達(dá) 125℃

　　• 全生產(chǎn)性零件核準(zhǔn)程序 (PPAP) 支持

　　• 行業(yè)公認(rèn)的 AEC-Q100 器件合格檢驗(yàn)流程

　　• 遵守世界汽車質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) ISO TS 16949，并采用無(wú)鉛封裝以符合 RoHS 指令

　　這些器件基于我們的 Spartan 系列 FPGA，特別適用于要求每邏輯單元（系統(tǒng)門）具有低成本、每 I/O 低成本、以及諸如在單個(gè)器件上擁有多種 I/O 標(biāo)準(zhǔn)和嵌入式乘法器以實(shí)現(xiàn)高速 DSP 等高級(jí)特性的數(shù)字設(shè)計(jì)。

　　結(jié)論

　　在微軟汽車業(yè)務(wù)部和賽靈思汽車業(yè)務(wù)部等支持者的承諾下，微軟車載信息處理平臺(tái)遠(yuǎn)景正在變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。 今天，領(lǐng)先的汽車制造商正將關(guān)鍵技術(shù)的融合采用在一個(gè)可以幫助實(shí)現(xiàn)以下功能的平臺(tái)內(nèi)：

　　• 一種有價(jià)值且消費(fèi)得起的車載信息系統(tǒng)解決方案

　　• 通過無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的可靠連接性

　　• 高質(zhì)量語(yǔ)音識(shí)別

　　• 低成本硬件

　　這將引發(fā)一個(gè)開發(fā)者持續(xù)投資的“良性循環(huán)”，他們將使用這些平臺(tái)為最終用戶創(chuàng)造更多的價(jià)值。

　　如想了解更多信息，請(qǐng)?jiān)L問 www.microsoft.com/automotive/windowsautomotive/about.mspx/ and www.xilinx.com/cn/automotive/.