FPGA新突破：全新軟件集合方案Lattice Drive，助力汽車產品上市提早3-6個月
2023-08-14 06:36:33 EETOP原創隨著當前汽車智能駕駛技術的不斷演進，汽車芯片的設計發揮著越來越重要的作用。現在，制造商迫切需要能夠幫助他們進行創新，同時靈活更新，面向未來的解決方案。FPGA作為汽車設計的關鍵組件，其可編程性使得芯片能夠靈活適應各種技術的發展需求，因而，汽車領域對于FPGA的市場需求也在不斷增長。
最近，低功耗可編程器件領先供應商萊迪思半導體公司（以下簡稱“萊迪思”）推出第六款針對特定應用的軟件解決方案集合Lattice Drive。這套全新解決方案集合可實現信息娛樂系統互連和處理、靈活的ADAS和低功耗區域橋接，旨在開發各類汽車應用，包括車載信息娛樂顯示屏互連和數據處理、ADAS傳感器橋接和處理、低功耗區域橋接應用，實現對駕駛員、座艙和車輛的監控。
Lattice Drive：可提供先進汽車應用功能
萊迪思亞太區汽車市場開拓經理楊靜雯表示：“伴隨著汽車電子化、智能化等“四化”的趨勢，汽車半導體的數量呈上升趨勢，且其成本占整車成本的比重也是在大幅提升。此外，不同的車對設計的靈活性、客制化和可擴展性的需求要比以前多很多，尤其是在攝像頭，以及和司機以及輔助駕駛相關的領域，它們對實現低延遲以及穩定的數據處理的需求越來越高。”
萊迪思Drive解決方案集合提供全面的、針對特定應用的解決方案，集合了參考平臺和設計、演示、IP模塊和FPGA設計工具，加快客戶應用開發和上市時間。萊迪思解決方案集合包括了多款面向不同市場應用的解決方案：實現AI應用的Lattice sensAI?、實現嵌入式視覺的Lattice mVision?、實現工廠自動化的Lattice Automate?、實現平臺固件保護恢復機制的Lattice Sentry?、推動5G ORAN部署的Lattice ORAN?，以及實現先進自適應汽車設計的Lattice Drive。
楊靜雯介紹說：“我們提供了一攬子的方案能夠幫助客戶在相關的應用場景上大大地縮短開發周期，能盡量早地上市。因為車一般整個開發周期是一年、兩年甚至有三年的，客戶拿到萊迪思現成的方案，可以使產品上市時間提早3-6個月。”
據介紹，首發版本的Lattice Drive主要關注車載信息娛樂顯示屏互連和數據處理功能，可提供：
l先進的顯示屏互連和處理：支持多種分辨率的縮放，最高支持4K顯示尺寸；最高支持HBR 3 DisplayPort，每通道 8.1 Gbps；通過可擴展的全陣列局部調光解決方案提供圖像/視頻增強。
l多個顯示屏互連：可橋接多個顯示器，提供比同類產品快1.5倍的DisplayPort接口。
l高效的數據處理：能夠處理或協同處理數據以分擔CPU的負載，功耗比同類競品低75%。
在硬件平臺方面，Lattice Drive已經有了一個基于CertusPro-NX的評估板，它會有DP、eDP的適配器，同時在開發板上，客戶可以同時實現 DP、eDP和放大縮小scaling的功能，包括跟PCIe相關的接口，在整個開發板上客戶都可以直接使用。IP相關方面，如果汽車里面牽扯到客戶需要有大屏的顯示，基本上90%以上都是eDP的接口，能有大量的數據的吞吐量，所以它既要有輸入和輸出，同時因為分辨率有時候在輸入端和輸出端還不太一樣，所以Lattice Drive也提供了視頻縮放的功能，可按比例進行縮放。此外，Lattice Drive還提供了很多跟圖像處理相關的，比如說圖像的增強，旋轉、視頻合并、視頻加強，包括幀率的加和減等。這些圖像相關的都有各種現成的方案。
在軟件方面，CertusPro-NX是基于RADIANT和PROPEL。跟其他的應用不太一樣的一點是，所有應用于Lattice汽車的器件上的軟件工具，都是經過ISO26262的認證，這樣可以滿足客戶功能安全的需求。萊迪思會提供eDP、DP、scaling所有的參考設計，包括Local Dimming、視頻的旋轉、scaling、加幀、減幀、圖像增強、圖像和電影圖像分割等，所有跟圖像相關的IP。
在定制化服務方面，Lattice Drive可提供包括Local Dimming、圖像處理等方面的客制化服務。以駕駛艙應用為例，以前基本上車里的顯示屏就是中控屏或者是后來升級為LCD的儀表屏，現在很多副駕駛上會有屏，前面還會有一個隱藏的抬頭顯示的屏，包括現在有很多的客戶座后駕座的屏等。這樣的應用需求使FPGA有了更多用武之地，例如需要驅動多個異形屏。由于屏的數目和分辨率還都是完全不一樣的，因此在這樣的情況下需要很高的靈活度的器件來支持，那就是FPGA的優勢所在。
如果是以前的LCD屏的話，大多數的大光源會來自于兩邊有兩條發光的燈，這樣的情況整個光的分布會不太均勻。此外，如果屏上面內容顯示是深色的或者是黑色的，其實不是黑的，肉眼看到的其實是灰的。為了提高對比度，讓客戶看到的圖像的質量更好，現在整個顯示行業在主推MiniLED為背光的一個Local Dimming的技術。萊迪思也做了這樣的算法和方案。
Lattice Drive的理論是會根據LED上顯示或者是前端送過來的視頻，燈下面有分區，每個屏上會有幾百個分區，甚至有的客戶做幾千個分區，這取決于客戶的需求，然后萊迪思會根據每一個分區所對應的視頻，去計算圖上的亮度，來決定后面每個燈的亮度是多少。這樣的好處是，以儀表盤為例，儀表盤大多數的背景是黑色的、深色的，我們可以把黑色的后面相對應的LED燈關掉，司機或者用戶看到的屏的顏色是百分之百真的黑，同時前面有圖像、有內容、有亮度的東西會更加亮，整個系統的對比度會比以前提高很多。屏的最高亮度也可以提高很多。在大多數的背景都是黑色的情況下，MiniLED燈大多數都關掉也可以大大減少整個系統的功耗。這就是Local Dimming基本的概念。
如下框圖所示，有視頻的接口如 openLDI 、eDP等，中間是Local Dimming的核心IP算法，輸出的數據可以直接在屏上顯示。它可根據客戶不同的設計來調試Local Dimming的算法和顯示的效果，最后會有很多定制化的效果。
楊靜雯介紹說：“我們做了Local Dimming以后，有很多客戶提出來，認為汽車PCB板的空間目前還是比較大的挑戰，因此，希望把一些與功能安全相關的東西也放到FPGA里面來做一些設計。”于是，萊迪思做了一個跟OSD疊加相關的設計，可以把Local Dimming圖像處理與旋轉、視頻縮放放在同一顆FPGA里面來實現，大大降低了整個系統設計的復雜度，同時也大大縮短了客戶開發的周期。
結束語
萊迪思目前已經發布的5個解決方案合集，包括：sensAI，這是與邊緣的AI如果需要低功耗的需要接封裝小尺寸的AI的應用；mVision，主要是跟攝像頭、視頻相關的IP；Sentry，更多是提供在服務器上跟安全相關的東西；Automate，主要是跟工業自動化相關的方案；ORAN，是跟通信相關的。
此次發布的Lattice Drive，是能提供關于汽車的整體的解決方案。楊靜雯介紹：“所以萊迪思現在eDP最高可以支持到3.8G。后續還會有一些跟AI相關的應用在汽車上，當然汽車的橋接跟互聯是FPGA很傳統的一個應用。”Lattice Drive目前計劃做四大方面的相關IP和方案，主要是跟座艙娛樂、信息娛樂屏做橋接、互聯互通和數據處理，與屏相關的IP和一些方案。據楊靜雯分享，在不久的將來，萊迪思還會陸續地推出跟功能安全認證、AI、低功耗的司機檢測、駕艙相關的功能，包括跟ADAS相關的數據處理和橋接的功能。
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