多家市場分析機構的數(shù)據(jù)表明，盡管遭遇種種不利因素，但2023年市場對功能先進的電動和混合動力汽車的需求依然強勁。麥肯錫公司預測稱，到2030年，全球汽車軟件和電子市場預計將達到4620億美元，信息娛樂、互連、安全和連接服務應用與整體軟件市場同步增長，將成為同期第二大軟件市場。

而IHS Markit的數(shù)據(jù)則顯示，2023年，汽車電子系統(tǒng)總額預計將高達1800億美元，平均每輛汽車會使用500美元以上的半導體器件，高級駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)、動力系統(tǒng)和車載信息娛樂系統(tǒng)(IVI)位列增幅最大的應用前三位，成為客戶在購買新車時考慮的最重要的三大功能。

車載信息娛樂系統(tǒng)迎來爆發(fā)式增長

車載信息娛樂系統(tǒng)快速增長的背后，離不開智能座艙市場的推動。Strategy Analytics對2020年中國智能座艙發(fā)展狀況的分析數(shù)據(jù)就顯示：前裝聯(lián)網率為60%，車載中控屏搭載率達到80%，車載導航的搭載率達到57%，車載語音識別的搭載率為58%，市場發(fā)展速度非?？?，在全球市場處于領先水平。

尤其是在當前“軟件定義汽車”的大環(huán)境下，智能座艙的集成主要呈現(xiàn)“一芯多系統(tǒng)”的特點，即將液晶儀表、HUD、車載信息娛樂系統(tǒng)、DMS&OM、語音識別以及ADAS功能融合在一起，為用戶帶來更直觀、更個性化的駕乘體驗。

而且，根據(jù)車輛的不同，這些系統(tǒng)可以呈現(xiàn)出多種形式，從單個觸摸屏顯示器到用于中央娛樂中心、儀表盤、平視顯示器和后座顯示器的多個高分辨率顯示器，以及曲面、后視鏡顯示器、3D、增強現(xiàn)實等更多選項。

在可預見的未來，智能座艙所代表的“車載信息娛樂系統(tǒng)＋全液晶儀表+電子后視鏡＋HUD抬頭顯示系統(tǒng)＋車聯(lián)網系統(tǒng)＋ADAS各種功能”的融合體，將擁有更加多樣化的人機交互HMI(語音、手勢、AR抬頭顯示、融合導航指示），更大更高分辨率(12inch+,4K)的屏幕, 流暢的屏屏互動功能，多模態(tài)的艙內傳感器(攝像頭、毫米波雷達），更豐富的車機軟件，同時能把座艙數(shù)據(jù)進行更好的整合以帶來更便利的體驗。

但美好愿景的背后也隱藏著巨大的技術挑戰(zhàn)。首先，這些系統(tǒng)需要處理的信息復雜度越來越高，信息量也越來越大，需要可擴展且靈活的硬件和軟件解決方案；其次，先進的電子元件需要高速接口來支持多個顯示器的連接和同步，而低功耗、低延遲數(shù)據(jù)處理也變得至關重要；第三，隨著信息娛樂和ADAS系統(tǒng)的發(fā)展，顯示器和攝像頭的分辨率也在提高，同時連接和處理多個高分辨率顯示器、傳感器和攝像頭變得極具挑戰(zhàn)。

好消息是，許多汽車制造商正在利用“區(qū)域架構”來解決上述挑戰(zhàn)。簡單而言，就是整個汽車電子電氣架構由過去幾十個甚至上百個ECU組成的“分布式系統(tǒng)”，向更少的ECU、更集中的“基于域的系統(tǒng)”演進。這樣的“區(qū)域架構”提供了更好的可擴展性，支持更簡單的軟件開發(fā)，具有更優(yōu)化的功能和可靠性，該架構中傳感器、計算和互連元件組合到不同的“計算區(qū)域”中，然后這些區(qū)域的計算結果被發(fā)送到主SoC芯片。

同時，隨著顯示器、攝像頭和其他視覺傳感器數(shù)量的增加，以及設計用于管理更高數(shù)據(jù)速率的新接口超過了中央SoC的I/O功能，高效的橋接對于組合、多路復用或分離信號至關重要。FPGA就是非常合適的選擇，因為它本身具有靈活性、可執(zhí)行各種功能、而且尺寸較小。一輛車中用到多個FPGA，且每個FPGA都可以支持不同應用的例子十分常見。

利用Lattice Drive加速汽車應用開發(fā)

Lattice Drive是萊迪思為幫助客戶加速開發(fā)先進、靈活的汽車系統(tǒng)設計和應用，包括車載信息娛樂顯示屏互連和數(shù)據(jù)處理、ADAS傳感器橋接和處理、低功耗區(qū)域橋接等應用而推出的解決方案集合，一舉將萊迪思針對不同市場應用的軟件解決方案集合拓展到了汽車市場。

與此前推出的sensAI、mVision、Sentry和Automate等解決方案的架構類似，Drive的底層硬件平臺提供了模塊化FMC適配器/CertusPro-NX評估版；嵌入式DisplayPort TX開發(fā)板、DisplayPort接收器/發(fā)送器開發(fā)板；以及CertusPro-NX PCIe橋接開發(fā)板，在此之上是一系列IP核(DisplayPort RX/TX、視頻縮放器、局部調光演示+LED驅動器等)、軟件工具(RADIANT、Propel)、參考設計與演示和定制設計服務，共同構成了完整的Drive方案。

LattcieDrive解決方案集合

作為萊迪思第六款針對特定應用的軟件解決方案集合，首發(fā)版本的Lattice Drive主要關注車載信息娛樂顯示屏互連和數(shù)據(jù)處理功能，可提供以下三方面的創(chuàng)新車載體驗：

l先進的顯示屏互連和處理

?支持多分辨率縮放，最高支持4K顯示尺寸

?最高支持HBR 3 DisplayPort，每通道8.1Gbps

?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

適用于汽車LCD面板的自適應全陣列局部調光解決方案是本次首發(fā)版本的絕對亮點。當前，為了提高普通液晶顯示屏的顯示效果并增加對比度，許多車廠開始嘗試將局部調光(LocalDimming)技術應用于車載顯示屏中，以此找到一個具備出色性價比的平衡點。

從技術角度來看，全陣列局部調光技術在LCD面板后面使用了一組LED，每個LED或LED區(qū)域能夠單獨調光，僅照亮顯示器上所需的像素，從而動態(tài)適應顯示器的圖像內容。同時，汽車應用中的局部調光也是一個計算密集型功能，因為所需的算法相對復雜——除了考慮各個分區(qū)外，軟件還必須持續(xù)監(jiān)控照明條件，它會隨著汽車的行駛而不斷變化，如白天和黑暗、不同的天氣條件、通過隧道等。

同樣的局部調光技術還可用于汽車的平視顯示器(HUD)，這些顯示器通常用于將駕駛信息投射到擋風玻璃上，例如汽車的速度，導航指令或警告。HUD的局部調光不僅增強了可視性，還能提供更加無縫的體驗。

在與萊迪思設計合作伙伴Parretto和顯示方案合作伙伴Lincoln Technologies Solutions合作開發(fā)的一款設計演示中，萊迪思使用了RaspberryPi Zero流作為視頻源，視頻參數(shù)為720p，每秒50幀(FPS)，使用GPIO連接CertusPro-NX評估板上的CertusPro-NX器件。視頻縮放器IP使用多相縮放算法將50 FPS的720p視頻處理為2160p/50Hz。

局部調光IP根據(jù)視頻流的內容動態(tài)控制面板的全LED陣列背光。最后，DisplayPort TX IP接收2160p50FPS的視頻，并以DisplayPort HBR 2數(shù)據(jù)速率將其以四通道流式傳輸?shù)矫姘濉?K面板顯示2160p/50 Hz視頻，同時動態(tài)調整全LED陣列背光。

DisplayPort、縮放器和局部調光演示，將帶有全陣列局部調光功能的720p視頻升級到2160p視頻

所以，與其它類型的處理器相比，F(xiàn)PGA在汽車LCD面板中實現(xiàn)局部調光更具優(yōu)勢，因為它們可以提供實時處理能力，能夠在分區(qū)數(shù)、視頻分辨率、視頻接口、客制化性能支持等方面提供足夠的靈活性、低延遲和12位內部處理精度，有著更高的可靠性，以及運行AI和ML算法的能力。

例如用戶可以在FPGA中添加更多圖像增強功能，包括旋轉，視頻縮放(Video Scaler)等；用于故障安全模式的屏幕顯示(OSD)若未檢測到視頻，則顯示車速等……這些都無疑大大增加了客戶在系統(tǒng)設計中的選擇余地，能夠更好地滿足不同的需求。

l多個顯示屏互連

?可橋接多個顯示器，提供比同類品快1.5倍的DisplayPort接口

隨著車載顯示大屏化、多屏化、高清化和多形態(tài)化趨勢日趨明顯。很多新車搭載的屏幕數(shù)量均突破了2塊，部分車型甚至達到了4-5塊。隨著車內顯示屏數(shù)量和尺寸的增加，人們對顯示質量提出了新的要求，希望能夠獲得更高的色域，更高的對比度等等。特別是為了緩解里程焦慮，如何提升大尺寸屏幕效率，使之更省電，會是未來幾年行業(yè)面臨的共同課題。

讓我們看一下能夠實現(xiàn)DisplayPort互連，包括視頻像素升級的Lattice Drive DisplayPort和視頻縮放器參考設計。該參考設計基于CertusPro-NX器件。視頻源為萊迪思DisplayPort RX IP(DP RX)提供720p和每秒60幀(fps)的視頻流。然后，萊迪思視頻縮放器IP使用雙立方插值算法將視頻信號放大為1080p和60fps。最后，該視頻信號通過萊迪思DisplayPort TX IP(DP TX)發(fā)送到視頻接收端。此外，該參考設計還附帶一個仿真環(huán)境。

Lattice DriveDisplayPort和視頻縮放器參考設計

該參考設計的測試平臺具有AXI流數(shù)據(jù)生成器和DPTX IP模型，可為參考設計(RD)提供激勵。該測試平臺也是DPRX IP模型的實例，用于接收來自RD的DP輸出，同時還是一個AXI流數(shù)據(jù)檢查器，將輸出與AXI流發(fā)生器的輸入進行比較。該參考設計和測試環(huán)境可以修改為不同配置，方法是將DP和視頻縮放器IP替換為與符合新配置的IP。

l高效的數(shù)據(jù)處理

? 能夠處理或協(xié)同處理數(shù)據(jù)以分擔CPU的負載

?功耗比同類競品低75%

出色的性能表現(xiàn)源于CertusPro-NX汽車級FPGA系列產品。這是萊迪思面向車載信息娛樂(IVI)系統(tǒng)高速視頻互連、5GbE車載網絡(IVN)和ADAS傳感器數(shù)據(jù)處理等應用，推出的擁有領先的低功耗、高性能以及同類產品最小尺寸的FPGA產品。

與競品相比，CertusPro-NX汽車級器件支持高達8.1Gbps的SERDES、高達96k的邏輯單元，支持主流的通信和顯示接口，如10GigabitEthernet、PCI Express、SLVS-EC、CoaXPress和DisplayPort。不但擁有同類產品中最多的片上存儲器資源以實現(xiàn)高效數(shù)據(jù)處理，且是同類產品中唯一支持LPDDR4外部存儲器的FPGA產品。

憑借對高速SERDES的支持，CertusPro-NX汽車級產品還增加了很多獨特的功能，支持橋接信息娛樂系統(tǒng)SoC的視頻輸入以及圖像質量增強功能，包括局部調光，F(xiàn)PGA直接視頻處理，支持嵌入式顯示端口。該系列器件可以分擔系統(tǒng)的視頻增強功能，同時添加更多連接功能(如下圖所示)。

結語

Drive解決方案集合不是萊迪思在汽車領域的首次嘗試。事實上，面向汽車照明、信息娛樂系統(tǒng)和遠程信息處理等通用需求；高速視頻和傳感器；汽車設計中的平臺管理和安全應用三大方向，萊迪思有著非常完整且豐富的產品布局，并正憑借完整的“模塊化硬件平臺+參考設計+神經網絡IP核+定制設計服務”矩陣，幫助用戶加速、簡化汽車相關系統(tǒng)設計流程和上市時間。