1 引言

??????? 目前，我國對于汽車電子系統的研究還不夠深入。汽車制動防抱死系統、安全氣囊、自動變速器和柴油機電控系統等僅在部分高校和企業進行了探索性研究，并未進入實用階段。汽車電子技術為代表的高新技術，正是我國汽車工業發展的“瓶頸”。對此，我國汽車電子行業應該盡快掌握它們的核心技術，縮小與發達國家的差距，因以車載通信和高速實時信號處理技術這類新興技術為突破口，依托國家信息技術研究的成果，開發出先進的車載計算和信息處理產品，提高汽車電子技術的進步，帶動我國汽車的電子化水平。
?

???????20世紀末，在全球范圍內興起了一股信息革命的大浪潮，給汽車工業的發展帶來了千載難逢的機遇。解決汽車帶來的諸如交通擁擠、交通安全、環境污染、能源枯竭等問題需要靠信息技術的廣泛應用。同時，隨著汽車電子技術的不斷發展，電子組件所占整車成本的比例也在逐步上升。據資料表明，目前，在歐美國家生產的汽車上，電子組件已占到汽車總成本的20～30%，并且，車用電子組件還以每年8.8％的速度飛快增長，特別是數字信號處理器芯片（DSP）的用量更是將以每年驚人的25％速度猛增著。可見，電子化、集成化、數字化、信息化、網絡化、智能化、小型化和個性化已經成為并且還將繼續是汽車工業發展的重要趨勢。本文僅集中探討汽車電子中基于DSP和FPGA的數字化應用技術。

　　汽車電子領域也有DSP和FPGA技術很廣泛的應用舞臺。因為其具有極強的實時性，使實時處理話音成為可能；由于它是通過面向芯片結構指令的軟件編程來實現其功能的，因而僅修改軟件而不需改硬件平臺就可以改進系統原有設計方案或原有功能，具有極大的靈活性；又由于其并非專門為某種功能設計的，因而使用范圍廣、產量大、價格可以很低。所以，如果DSP和FPGA在汽車電子系統中大量應用的話，將會極大地促進汽車電子技術的發展。

　??DSP

　　數字信號處理（Digital Signal Processing，簡稱DSP）是一門涉及許多學科而又廣泛應用于許多領域的新興學科。20世紀60年代以來，隨著計算機和信息技術的飛速發展，數字信號處理技術應運而生并得到迅速的發展。數字信號處理是一種通過使用數學技巧執行轉換或提取信息，來處理現實信號的方法，這些信號由數字序列表示。在過去的二十多年時間里，數字信號處理已經在通信等領域得到極為廣泛的應用。德州儀器、Freescale等半導體廠商在這一領域擁有很強的實力。

　　　2 DSP和FPGA在汽車電子中的應用

　　比較DSP作為可編程超大規模集成電路（VLSI）器件，是通過可下載的軟件或固件來實現擴展算法和數字信號處理功能的，其最典型的用途是實現FIR濾波器和FFT算法。在硬件上，DSP最基本的構造單元是被稱為MAC的乘加器，它通常被集成在數據信道中，這使得指令周期時間可以跟硬件的算術周期時間相同。此外，DSP芯片還有若干個獨立的片內存儲器、ROM、RAM、并行功能單元、鎖相環（PLL）、振蕩器、幾條8位或16位的總線、時鐘中斷電路等。為滿足無線便攜式器件無電保存數據的要求，DSP芯片還采用了諸如閃速存儲器、鐵電存儲器等技術。當前，大多數的DSP芯片采用改進的哈佛結構，即數據總線和地址總線相互分離，使得處理指令和數據可以同時進行，提高了處理效率。另外還采用了流水線技術，將取指、取操作數、執指等步驟的指令時間可以重迭起來，大大提運算速度。

　　不過，由于現有的FPGA的開發系統幾乎都是為ASIC的原型驗證而設計的，導致這些開發系統在節省工程開發時間上效率非常高，而在FPGA資源的利用效率方面卻比較差。HDL語言可大大提高設計能力，但在最大限度地發揮器件性能方面HDL的設計方法還有一定的局限性，還不能提供FPGA布局布線的優化和約束。

　　3 汽車電子中的DSP和FPGA應用

　　提到汽車電子的數字化，不能不想到目前無線通信很看好的軟件無線電技術，盡管它是針對無線通信的，但軟件無線電所要實現的思想，與汽車電子之所以要數字化處理所追求的目標卻是殊路同歸的。因此，有必要提及和采用這一技術的實現思路和思想。軟件無線電概念的首次明確提出是在1992年5月，由MITRE公司的JoeMitola提出，它是當今計算技術、超大規模集成電路和數字信號處理技術在無線通信中應用的產物；它所追求的基本思想和目標是：構造一個具有開放性、標準化、模塊化的通用硬件平臺，將多種功能，如工作頻段、調制解調類型、數據格式、加密模式、通信協議等用軟件來完成，以實現具有高度靈活性，開放性的通信產品。因此，對于汽車電子數字化產品的研究，完全可以吸取軟件無線電的以下主要思想：第一，要使汽車電子產品擺脫硬件結構的束縛；第二，并不是不要硬件；第三，汽車電子產品應該具有開放性和兼容性，開放是指對使用的開放、對生產的開放和對研制的開放。下面，就基于軟件無線電的思想探討DSP和FPGA在汽車電子中的主要應用。?

　　隨著應用日益多樣化，DSP和FPGA演變成不再是一塊獨立的芯片，而變成了構件內核。這使得設計師能選擇合適的內核和專用邏輯“膠結”在一起形成專用DSP和FPGA方案，以滿足信號處理的需要。目前，還出現把DSP核和ASIC微控制器集成在一起的芯片。汽車電子系統使用通用DSP和FPGA來實現語音合成，糾錯編碼。而語音合成、語音壓縮與編碼是DSP最早和最廣泛的應用，矢量編碼器用于將語音信號壓縮到有限帶寬的信道中。