眾所周知，在過(guò)去50年時(shí)間里，安全帶、前置氣囊、安全帶預(yù)緊器、防抱死制動(dòng)（ABS）以及側(cè)邊氣囊等汽車(chē)安全系統(tǒng)的應(yīng)用大大降低了汽車(chē)事故的傷亡率。現(xiàn)在，汽車(chē)生產(chǎn)商在汽車(chē)安全方面付出更多努力，特別是在汽車(chē)駕駛輔助系統(tǒng)方面做出了許多創(chuàng)新。駕駛輔助（DA）技術(shù)在進(jìn)一步提高安全性的同時(shí)還將帶來(lái)革命性的嶄新駕駛體驗(yàn)。包括工具、IP和芯片在內(nèi)的FPGA平臺(tái)將在實(shí)現(xiàn)這一誘人前景的過(guò)程中扮演關(guān)鍵角色。
賽靈思公司汽車(chē)系統(tǒng)架構(gòu)師和駕駛輔助專(zhuān)家Paul Zoratti表示：“汽車(chē)生產(chǎn)商在汽車(chē)中集成的駕駛輔助系統(tǒng)可以幫助司機(jī)做得更好。駕駛輔助系統(tǒng)能夠以報(bào)警等形式為司機(jī)提供多種信息，幫助司機(jī)在任何情況下做出更準(zhǔn)確的選擇，從而使駕駛更安全。”
得益于電子技術(shù)的發(fā)展以及OEM廠商在此基礎(chǔ)上的創(chuàng)新，駕駛輔助系統(tǒng)的能力相當(dāng)強(qiáng)大，而未來(lái)的潛力更是令人驚嘆。
關(guān)注汽車(chē)電子行業(yè)的Semicast公司首席分析師Colin Barnden認(rèn)為，汽車(chē)生產(chǎn)商和一級(jí)供貨商以及研究人員對(duì)駕駛輔助系統(tǒng)的研究已有幾十年的時(shí)間，但只是在過(guò)去的10年多時(shí)間里，電子系統(tǒng)和設(shè)計(jì)技術(shù)才發(fā)展到足夠高的水平，OEM廠商才欣然接受并將其配置于汽車(chē)內(nèi)。Barnden表示：“駕駛輔助系統(tǒng)在如此短的時(shí)間里取得如此大的發(fā)展確實(shí)令人感到驚奇。”
目前，OEM廠商及其供應(yīng)商，甚至零配件電子控制單元（ECU）制造商都正在提供及設(shè)計(jì)多種駕駛輔助系統(tǒng)（見(jiàn)圖1）。駕駛輔助系統(tǒng)可以幫助司機(jī)更快更好地停車(chē)，與前車(chē)保持安全距離，還可以通知司機(jī)他們此前可能無(wú)法看到的危險(xiǎn)，并幫助他們安全地更換車(chē)道。
許多此類(lèi)系統(tǒng)在幾年前出現(xiàn)時(shí)還都是相當(dāng)簡(jiǎn)單的技術(shù)。但OEM廠商很快就發(fā)展出更復(fù)雜的系統(tǒng)，而現(xiàn)在又在將這些系統(tǒng)集成為“傳感器融合技術(shù)”，即融合多種駕駛輔助系統(tǒng)，每個(gè)系統(tǒng)獨(dú)立工作，但都使用源于相同的共享傳感器的輸出。這樣就可以為司機(jī)提供更精確的周邊環(huán)境信息，幫助他們做出更準(zhǔn)確的決定，并提供更安全更豐富的駕駛體驗(yàn)。要實(shí)現(xiàn)這些，就需要更強(qiáng)大的高級(jí)計(jì)算技術(shù)。這也是FPGA平臺(tái)可以大展身手的地方。
停車(chē)系統(tǒng)的快速演化
大約10年前，OEM廠商推出了第一代輔助駕駛系統(tǒng)——倒車(chē)輔助系統(tǒng)。倒車(chē)輔助系統(tǒng)包括安裝在車(chē)尾的一系列傳感器，可通過(guò)超聲波或雷達(dá)信號(hào)測(cè)量與車(chē)后物體的距離。在司機(jī)倒車(chē)時(shí)，傳感器通常會(huì)發(fā)出“嗶嗶”的提醒聲，且提醒聲的頻率會(huì)隨著汽車(chē)離障礙物距離的縮短而增加。當(dāng)汽車(chē)離障礙物的距離小于四英寸時(shí)，提醒聲會(huì)變成固定音調(diào)的報(bào)警音。
Barnden表示：“這一功能非常有用，特別是當(dāng)駕駛大型車(chē)輛（如載貨車(chē)）的時(shí)候。但這只是最基本的系統(tǒng)，實(shí)際上并沒(méi)有集成智能功能，所有工作和判斷仍然必須由司機(jī)完成。當(dāng)汽車(chē)靠近其他物體時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出警報(bào)，但最終還得由司機(jī)決定是繼續(xù)倒車(chē)還是停下來(lái)。”
倒車(chē)輔助系統(tǒng)是部署最廣泛的系統(tǒng)，也是OEM供貨批量最大的駕駛輔助系統(tǒng)。2007年，汽車(chē)生產(chǎn)商在歐洲生產(chǎn)的500萬(wàn)輛汽車(chē)中以及在美國(guó)生產(chǎn)的200萬(wàn)輛汽車(chē)中均安裝了倒車(chē)輔助系統(tǒng)，全球的總安裝量約為1000萬(wàn)。也就是說(shuō)，2007年生產(chǎn)的汽車(chē)中大約6輛車(chē)中有1輛安裝了倒車(chē)輔助系統(tǒng)。“我預(yù)計(jì)這一數(shù)字在所有地區(qū)還會(huì)進(jìn)一步增長(zhǎng)，因?yàn)檫@一功能既有用又簡(jiǎn)單，并且還不貴。”Barnden說(shuō)。
OEM廠商將這一技術(shù)向前推進(jìn)了一步，增加了智能系統(tǒng)從而創(chuàng)造出被稱(chēng)為停車(chē)輔助（Park Assist）的新駕駛輔助系統(tǒng)。安裝在汽車(chē)后號(hào)牌附近的攝像頭可連接至司機(jī)座位前面的導(dǎo)航顯示系統(tǒng)，倒車(chē)時(shí)，導(dǎo)航系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)激活攝像頭，這樣司機(jī)就能看到汽車(chē)距離后面的物體到底有多近。有些系統(tǒng)還能進(jìn)行一些基本的圖像識(shí)別，并在屏幕上顯示一些可視線(xiàn)索，這樣司機(jī)就可以獲得應(yīng)該何時(shí)打輪等信息。
Barnden指出，奔馳和寶馬等OEM廠商在5年前就開(kāi)始在其最高端的車(chē)型中提供停車(chē)輔助系統(tǒng)。現(xiàn)在，這一技術(shù)更多地出現(xiàn)在更為主流的車(chē)型中，特別是SUV，因?yàn)樗緳C(jī)很難通過(guò)向背后看或從后視鏡中確定車(chē)后的障礙。Barnden表示，2007年售出的汽車(chē)中配有停車(chē)輔助系統(tǒng)的共有100萬(wàn)輛。
下一代系統(tǒng)則是自動(dòng)停車(chē)，凌志（Lexus）汽車(chē)在幾年前就率先在其LS系列豪華車(chē)型中安裝了自動(dòng)停車(chē)系統(tǒng)。
在自動(dòng)停車(chē)系統(tǒng)中，幾個(gè)近身傳感器（包括超聲波傳感器和攝像頭）遍布車(chē)身周?chē)．?dāng)司機(jī)倒車(chē)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)檢查本車(chē)與其它停放車(chē)輛之間的距離，并報(bào)告空間是否足夠。實(shí)際上，系統(tǒng)還可以做更多工作。根據(jù)司機(jī)的最終判斷和確定的方向，自動(dòng)停車(chē)系統(tǒng)會(huì)完成剩下的所有任務(wù)，自動(dòng)將車(chē)停放好。
Barnden表示：“司機(jī)只需按動(dòng)一個(gè)按鍵，汽車(chē)就會(huì)自動(dòng)停好，這確實(shí)令人著迷。也許你認(rèn)為能夠自動(dòng)停車(chē)的汽車(chē)是20或25年以后的事情，但今天的OEM廠商就已經(jīng)做到了。”
停車(chē)輔助系統(tǒng)能夠全方位地對(duì)車(chē)身周?chē)M(jìn)行測(cè)量，并迅速計(jì)算每一邊與其它物體的距離。“這個(gè)系統(tǒng)能夠了解停車(chē)時(shí)的操作步驟，是因?yàn)樵O(shè)計(jì)師已經(jīng)將停車(chē)算法編程入系統(tǒng)中。因此，系統(tǒng)知道應(yīng)當(dāng)向哪個(gè)方向打輪，相對(duì)于后面的車(chē)輛應(yīng)當(dāng)如何向前移動(dòng)，以及停車(chē)所需的所有參數(shù)。”Barnden補(bǔ)充道。
在這方面，日本的OEM廠商比世界其它地方提前3到5年，但歐洲的汽車(chē)生產(chǎn)商也已開(kāi)始采用停車(chē)輔助系統(tǒng)。“這一功能在美國(guó)并不普遍，但毫無(wú)疑問(wèn)，它最終也會(huì)流行起來(lái)。”Barnden表示。最初應(yīng)用于高端汽車(chē)的停車(chē)輔助系統(tǒng)正逐漸應(yīng)用于較小的日本和歐洲汽車(chē)，并且在城市中非常流行，因?yàn)榇蟪鞘兄泻茈y尋找到寬敞的停車(chē)空間。
Barnden認(rèn)為：“更令人驚奇的是，停車(chē)輔助系統(tǒng)非常可靠，并且特別精確，這令人難以置信。”隨著這一技術(shù)越來(lái)越常見(jiàn)，司機(jī)很可能將會(huì)越來(lái)越相信停車(chē)輔助系統(tǒng)要比自己停車(chē)更好。
Barnden解釋道：“如果交給計(jì)算機(jī)一項(xiàng)相對(duì)獨(dú)立的任務(wù)，那么計(jì)算機(jī)通常做得比人要好。” 然而，駕駛輔助系統(tǒng)的關(guān)鍵特點(diǎn)之一是司機(jī)在控制汽車(chē)方面具有最終決定權(quán)，具有比自動(dòng)系統(tǒng)更高的優(yōu)先控制權(quán)。
汽車(chē)巡航控制的快速演化
過(guò)去10年時(shí)間里，駕駛輔助應(yīng)用中快速發(fā)展的另一個(gè)領(lǐng)域是汽車(chē)巡航控制。
OEM廠商提供標(biāo)準(zhǔn)巡航控制功能已經(jīng)有幾十年的時(shí)間，但這些系統(tǒng)并不具備智能性。在傳統(tǒng)的汽車(chē)巡航控制方式下，用戶(hù)可通過(guò)按鍵設(shè)定汽車(chē)的速度。但是，如果司機(jī)不夠?qū)Ｗⅲ?chē)就將保持這一速度，從而有可能駛向路邊或直接撞向前面的車(chē)輛或物體。
大約8年前，奔馳開(kāi)始在其S級(jí)汽車(chē)中安裝被稱(chēng)為自動(dòng)巡航控制的智能駕駛輔助系統(tǒng)，利用前向雷達(dá)來(lái)測(cè)量與前車(chē)之間的距離。司機(jī)按下按鈕，選擇他們希望與前車(chē)保持2秒、3秒或更長(zhǎng)時(shí)間的行車(chē)間距（headway），然后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)速度，以保持指定的行車(chē)間距。
Barnden表示最近推出的第二代自動(dòng)巡航控制系統(tǒng)實(shí)際上還可以控制制動(dòng)。“如果前面的車(chē)減速而離你的車(chē)太近，系統(tǒng)會(huì)稍微剎車(chē)以保持設(shè)定的2秒或3秒的安全車(chē)距。”
同樣，如果前面的車(chē)輛緩慢前行，自動(dòng)巡航控制系統(tǒng)也會(huì)減速慢行，始終保持與前車(chē)的安全距離。
Barnden認(rèn)為，盡管這種系統(tǒng)比傳統(tǒng)的巡航控制更為高級(jí)一些，但根據(jù)駕駛輔助系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，此類(lèi)自動(dòng)巡航控制仍然只是眾多基本高級(jí)系統(tǒng)中的一個(gè)。更先進(jìn)的自動(dòng)巡航控制系統(tǒng)還可以幫助發(fā)動(dòng)機(jī)安全地處理停停走走（stop-and-go）的情況，可適應(yīng)快速的速度變化，并始終保持合理的距離。實(shí)際上，有些系統(tǒng)現(xiàn)在就可以做到這一點(diǎn)了。
2007年，OEM廠商售出了100萬(wàn)輛配有自動(dòng)巡航控制系統(tǒng)的汽車(chē)。Barnden預(yù)期隨著這一技術(shù)的大眾化部署，這一數(shù)字會(huì)大幅增長(zhǎng)，特別是在歐洲和日本。
實(shí)際上，OEM和供應(yīng)商已經(jīng)在加快研發(fā)結(jié)合了攝像頭與雷達(dá)系統(tǒng)的第三代自動(dòng)巡航控制系統(tǒng)，保證汽車(chē)在其車(chē)道上的速度，并且還可以預(yù)測(cè)因?yàn)槠渌?chē)輛并道所帶來(lái)的危險(xiǎn)（如靠得太近）。
Barnden說(shuō)：“第三代系統(tǒng)增加了更多智能性，能夠更好地預(yù)測(cè)前面的危險(xiǎn)離你有多遠(yuǎn)。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，系統(tǒng)還可以確定在何種情況下可以忽略這種危險(xiǎn)，或者是發(fā)出報(bào)警信號(hào)并采取預(yù)防性措施以避免撞車(chē)。”
夜視系統(tǒng)與威脅評(píng)估
駕駛輔助系統(tǒng)的另一個(gè)發(fā)展領(lǐng)域是幫助司機(jī)更清晰地看清前方的路況。
一個(gè)基本的例子是夜視。此類(lèi)系統(tǒng)通常采用紅外照明或熱成像技術(shù)的攝像頭，并利用汽車(chē)的導(dǎo)航系統(tǒng)向司機(jī)顯示熱敏感或紅外圖像。夜視系統(tǒng)對(duì)于夜間及時(shí)分辨并避免撞上行人和動(dòng)物非常有用。由于夜視技術(shù)目前成本尚高，因此OEM通常僅在其最高端車(chē)輛（如奔馳S級(jí)和寶馬7系列）中才提供這一系統(tǒng)。然而，隨著技術(shù)的演化，夜視系統(tǒng)將會(huì)逐漸進(jìn)入主流車(chē)輛。
OEM廠商2007年在全球范圍內(nèi)售出了約80萬(wàn)輛配有夜視系統(tǒng)的汽車(chē)。Barnden預(yù)期2015年這一數(shù)字將會(huì)增長(zhǎng)到300萬(wàn)輛。
車(chē)道偏離報(bào)警系統(tǒng)
駕駛輔助系統(tǒng)的另一應(yīng)用是車(chē)道偏離報(bào)警系統(tǒng)。
OEM廠商提供的盲點(diǎn)探測(cè)系統(tǒng)利用位于汽車(chē)側(cè)面或后端的雷達(dá)傳感器或攝像頭來(lái)監(jiān)視是否有其它車(chē)輛接近司機(jī)的盲點(diǎn)。如果有，系統(tǒng)會(huì)顯示報(bào)警燈通知司機(jī)，這樣就可以減少司機(jī)回頭的時(shí)間，從而讓他們更好地集中于前方路況。
Barnden正在觀察盲點(diǎn)探測(cè)系統(tǒng)是否會(huì)形成新的市場(chǎng)。他指出，2007年汽車(chē)行業(yè)售出的裝備有盲點(diǎn)探測(cè)系統(tǒng)的汽車(chē)約為30萬(wàn)輛。通常，OEM廠商僅在高端車(chē)型中提供此類(lèi)系統(tǒng)，如奧迪Q7豪華版SUV。
Barnden認(rèn)為，將盲點(diǎn)探測(cè)系統(tǒng)與其它駕駛輔助系統(tǒng)相結(jié)合，將會(huì)變得更具吸引力。例如，如果司機(jī)分神察看盲點(diǎn)區(qū)域的情況時(shí)，自動(dòng)巡航控制系統(tǒng)會(huì)檢測(cè)到速度下降并做相應(yīng)調(diào)整。
Barnden說(shuō)：“這也是為什么駕駛輔助系統(tǒng)如此有趣的原因，所有這一切結(jié)合起來(lái)將會(huì)大大改變駕駛體驗(yàn)，為司機(jī)提供有用的建議。”
Barnden認(rèn)為另一項(xiàng)新興的駕駛輔助技術(shù)——車(chē)道偏離報(bào)警系統(tǒng)頗具潛力，而且FPGA在這些系統(tǒng)中的應(yīng)用也前景可觀。
車(chē)道偏離報(bào)警系統(tǒng)通常采用安裝在后視鏡上的攝像模塊來(lái)收集前方道路的圖像。Barnden說(shuō)：“系統(tǒng)中通常采用DSP（近來(lái)也更多地采用FPGA）進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算，識(shí)別路面的白色車(chē)道線(xiàn)，幫助司機(jī)確定所處的車(chē)道。如果司機(jī)犯困或忙于調(diào)節(jié)收音機(jī)頻道時(shí)汽車(chē)突然轉(zhuǎn)向另一車(chē)道，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出聲音報(bào)警、輕搖司機(jī)座位或振動(dòng)方向盤(pán)來(lái)提醒司機(jī)。”
如果司機(jī)在更換車(chē)道前打了轉(zhuǎn)向燈，那么系統(tǒng)不會(huì)發(fā)出警報(bào)。因此，這一技術(shù)不僅可以在司機(jī)意外偏離車(chē)道時(shí)進(jìn)行報(bào)警，還可以促使司機(jī)養(yǎng)成良好的駕駛習(xí)慣。
目前，OEM廠商在其最高端車(chē)型（如標(biāo)志雪鐵龍、寶馬、凱迪拉克和別克）中安裝了車(chē)道偏離報(bào)警系統(tǒng)，2007年，這些車(chē)型售出了不到100萬(wàn)輛。Barnden說(shuō)：“作為增長(zhǎng)最快的應(yīng)用之一，未來(lái)十年內(nèi)配備這一系統(tǒng)的汽車(chē)將會(huì)增長(zhǎng)到1700萬(wàn)輛。預(yù)計(jì)到2015年會(huì)有1/4的汽車(chē)采用這一技術(shù)。”
與車(chē)道偏離報(bào)警系統(tǒng)類(lèi)似，另一項(xiàng)新興的駕駛輔助技術(shù)——標(biāo)志識(shí)別（sign recognition）也采用前視攝像頭來(lái)讀取道路兩側(cè)的交通標(biāo)志。Barnden表示：“假如系統(tǒng)看到一個(gè)限速標(biāo)志并檢測(cè)到汽車(chē)剛剛駛過(guò)該標(biāo)志，那么就會(huì)在儀表盤(pán)的顯示屏上顯示當(dāng)前區(qū)域限速30mph。系統(tǒng)也會(huì)顯示司機(jī)沒(méi)有注意到的標(biāo)志，如‘紅燈禁止右轉(zhuǎn)’等。”
Barnden認(rèn)為，交通標(biāo)志識(shí)別系統(tǒng)仍然處于開(kāi)發(fā)階段，在推向市場(chǎng)之前仍然必須克服一些挑戰(zhàn)。 例如，如果駕車(chē)經(jīng)過(guò)一系列非常靠近的標(biāo)志，系統(tǒng)必須決定優(yōu)先顯示什么標(biāo)志。一塊路標(biāo)可能顯示“限速35mph”，而另一塊則顯示“前方有滑坡”，很明顯，系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)優(yōu)先顯示更緊急的標(biāo)志。
Barnden表示：“這一技術(shù)非常有用。駕駛輔助系統(tǒng)可以將信息提供給司機(jī)，但駕車(chē)的責(zé)任仍然在司機(jī)本人。”
未來(lái)：FPGA平臺(tái)推動(dòng)傳感器融合
盡管在過(guò)去10年時(shí)間里，駕駛輔助系統(tǒng)在所有這些方面的發(fā)展都很迅速，但專(zhuān)家認(rèn)為真正的創(chuàng)新才剛剛開(kāi)始。事實(shí)上，負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)駕駛輔助系統(tǒng)和其它汽車(chē)電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員正在致力于將所有這些功能結(jié)合起來(lái)。例如，利用一組傳感器完成多項(xiàng)任務(wù)，并將它們與汽車(chē)中的其它ECU相連。這樣就可以降低系統(tǒng)成本以及系統(tǒng)連接的布線(xiàn)復(fù)雜性，從而降低燃料消耗。最終，汽車(chē)會(huì)變得更舒適并且更環(huán)保。
整合這些先進(jìn)系統(tǒng)的關(guān)鍵是采用FPGA平臺(tái)。許多使用超聲波、雷達(dá)和攝像頭傳感器技術(shù)的第一代和第二代系統(tǒng)都依賴(lài)于DSP、或DSP與FPGA的組合來(lái)完成駕駛輔助系統(tǒng)所需要的快速計(jì)算。但是，隨著駕駛輔助系統(tǒng)變得更為復(fù)雜，特別是開(kāi)發(fā)人員尋求利用一組傳感器來(lái)完成多項(xiàng)駕駛輔助系統(tǒng)任務(wù)，專(zhuān)家認(rèn)為，僅采用DSP的系統(tǒng)無(wú)法高效地完成工作。因此，F(xiàn)PGA的作用將得到擴(kuò)展。
例如，賽靈思公司的Zoratti認(rèn)為，將基本的車(chē)道偏離報(bào)警系統(tǒng)擴(kuò)展為可同時(shí)實(shí)現(xiàn)交通標(biāo)志識(shí)別和前方車(chē)燈識(shí)別的系統(tǒng)需要強(qiáng)大的計(jì)算能力以及高級(jí)算法開(kāi)發(fā)。
Zoratti指出：“目前，DSP足以勝任基本系統(tǒng)的計(jì)算任務(wù)。但隨著系統(tǒng)的發(fā)展，特別是要利用同樣的傳感器完成多項(xiàng)功能并實(shí)現(xiàn)與其它系統(tǒng)的互連時(shí)，DSP的處理能力就不夠了。FPGA的并行處理資源可以提供一種具備成本效益、可擴(kuò)展性和靈活性的解決方案（見(jiàn)圖2）。”
根據(jù)分析師Barnden的說(shuō)法，傳感器與前視攝像頭的結(jié)合需求更為迫切。前視攝像頭通常安裝在汽車(chē)后視鏡上，從前擋風(fēng)玻璃處探出。目前，OEM可利用前視攝像頭實(shí)現(xiàn)車(chē)道偏離報(bào)警功能。但他們希望在未來(lái)的汽車(chē)中能將這一攝像頭與雷達(dá)傳感器結(jié)合起來(lái)，同時(shí)完成自動(dòng)巡航控制、交通標(biāo)志識(shí)別、夜視以及車(chē)道偏離功能，當(dāng)然，未來(lái)可能還包括車(chē)道保持功能。
利用一個(gè)攝像頭為多個(gè)駕駛輔助系統(tǒng)提供圖像則需要高級(jí)計(jì)算能力。在系統(tǒng)板上采用多個(gè)分立的DSP會(huì)令設(shè)計(jì)臃腫，需要更多連接線(xiàn)，并可能引發(fā)延遲和可靠性問(wèn)題。Zoratti 表示，OEM廠商可以利用FPGA平臺(tái)的并行資源來(lái)完成需要幾片DSP來(lái)執(zhí)行的工作，從而獲得成本效益、可擴(kuò)展能力和靈活性都更高的基于FPGA的傳感器融合系統(tǒng)。
他還說(shuō)：“目前的車(chē)道偏離報(bào)警系統(tǒng)可以采用分辨率為640×480的VGA攝像頭，但當(dāng)面對(duì)標(biāo)志識(shí)別等應(yīng)用時(shí)，系統(tǒng)很快將需要兩倍以上的分辨率。DSP器件無(wú)法滿(mǎn)足所需的數(shù)據(jù)處理能力。當(dāng)討論多種功能時(shí)，每種功能可能需要不同的處理算法，這也是FPGA能夠提供強(qiáng)大價(jià)值的地方。”
他繼續(xù)說(shuō)道：“ASIC可能是一個(gè)選擇，但問(wèn)題是，在大多數(shù)情況下，市場(chǎng)仍然處于孕育期，無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)料最終哪種算法會(huì)勝出。FPGA提供了所需的計(jì)算能力、靈活性和可擴(kuò)展能力，因?yàn)槟梢袁F(xiàn)在利用FPGA完成設(shè)計(jì)，并在未來(lái)根據(jù)特定車(chē)型的需求調(diào)整其需要的具體功能。這是一種基于平臺(tái)的設(shè)計(jì)，可以進(jìn)行修改以適用于不同的型號(hào)，甚至不同的系列。投資一個(gè)平臺(tái)，然后就可以根據(jù)需要進(jìn)行靈活的擴(kuò)展，激活或禁止某些功能。”
在幫助設(shè)計(jì)人員快速實(shí)現(xiàn)駕駛輔助系統(tǒng)創(chuàng)新的過(guò)程中，開(kāi)發(fā)工具和IP扮演著關(guān)鍵的角色。賽靈思公司及其合作伙伴為眾多基于FPGA的高級(jí)駕駛輔助應(yīng)用提供了先進(jìn)的IP模塊（見(jiàn)圖3）。
在將技術(shù)從DSP或基于其它IC的駕駛輔助系統(tǒng)轉(zhuǎn)向采用賽靈思汽車(chē)平臺(tái)FPGA的眾多企業(yè)中，TRW汽車(chē)集團(tuán)旗下的TRW Conekt公司以及Ibeo 汽車(chē)傳感器有限公司（Ibeo Automobile Sensor GmbH）是兩個(gè)很好的例子。
TRW Conekt公司基于攝像頭的車(chē)道偏離報(bào)警系統(tǒng)剛剛投入生產(chǎn)，目前正在開(kāi)發(fā)整合了車(chē)道偏離報(bào)警和自動(dòng)巡航控制的系統(tǒng)。當(dāng)前系統(tǒng)中的前視攝像頭位于后視鏡后。Conekt公司首席電子工程師Martin Thompson說(shuō)：“當(dāng)遇到車(chē)道標(biāo)志時(shí)，如果汽車(chē)太靠近這些標(biāo)志，系統(tǒng)會(huì)觸發(fā)電子方向盤(pán)系統(tǒng)，方向盤(pán)會(huì)輕微振動(dòng)來(lái)提醒司機(jī)，司機(jī)的感覺(jué)就像是汽車(chē)在輕擦路邊的石頭。系統(tǒng)可以幫助司機(jī)在疲勞或注意力不集中時(shí)避免車(chē)道偏離。”
TRW系統(tǒng)的核心是經(jīng)過(guò)Conekt編程的XA Spartan?-3E250 FPGA，它負(fù)責(zé)執(zhí)行邊緣檢測(cè)和特征抽取等底層圖像處理。產(chǎn)品中還采用了一個(gè)外部微控制器，Thompson表示，這個(gè)微控制器未來(lái)可能會(huì)被集成到FPGA中。
位于后視鏡后方的這一系統(tǒng)可以識(shí)別分隔車(chē)道的白線(xiàn)，并估算前方道路的幾何形狀以及汽車(chē)在車(chē)道內(nèi)的位置，即相對(duì)于車(chē)道的角度以及車(chē)道的彎曲情況。Thompson說(shuō)：“這為車(chē)道偏離報(bào)警系統(tǒng)提供了所需的信息。未來(lái)，這些信息可與來(lái)自自動(dòng)巡航控制雷達(dá)的數(shù)據(jù)相結(jié)合，用于跟蹤本車(chē)道內(nèi)的其它車(chē)輛。”
此外，Conekt的工程師正在開(kāi)發(fā)視頻障礙檢測(cè)功能。“雷達(dá)非常適合測(cè)量距離，但并不適合測(cè)量橫向位置，視頻則正相反。我們可以確定相對(duì)于車(chē)的寬度和角度，并將這些信息與雷達(dá)距離測(cè)量相融合。”Thompson說(shuō)。
他又補(bǔ)充道：“利用視頻信息，我們還可以對(duì)目標(biāo)進(jìn)行分類(lèi)，例如判斷車(chē)前的物體是行人還是自行車(chē)。同樣，視頻-雷達(dá)融合系統(tǒng)也可以動(dòng)態(tài)地區(qū)分車(chē)輛是轎車(chē)還是卡車(chē)。跟蹤系統(tǒng)可利用這些評(píng)估信息來(lái)改進(jìn)自己的行為。”
Thompson指出，在一個(gè)系統(tǒng)中融合雷達(dá)和攝像頭傳感器還有很多其它優(yōu)點(diǎn)。雷達(dá)不會(huì)受到降雨、降雪和霧天的影響，而視頻則能更好地顯示出司機(jī)的實(shí)際可視范圍，從而幫助司機(jī)根據(jù)當(dāng)前的天氣和能見(jiàn)度情況來(lái)估算安全的行駛速度。
未來(lái)某個(gè)時(shí)候，融合產(chǎn)品還會(huì)使現(xiàn)有的碰撞緩和系統(tǒng)受益。如果事故看起來(lái)不可避免，系統(tǒng)會(huì)激活安全帶預(yù)緊器、灌注氣囊，并啟動(dòng)剎車(chē)，以盡可能提前釋放碰撞能量。此外還可以起到防止碰撞的功能。當(dāng)司機(jī)無(wú)法采取行動(dòng)時(shí)，汽車(chē)可以自動(dòng)啟動(dòng)一些措施（如方向控制和剎車(chē)等）以避免撞車(chē)。“然而，這可能還需要等些時(shí)候。”Thompson說(shuō)。
Ibeo汽車(chē)傳感器有限公司也在其高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)中采用了賽靈思FPGA平臺(tái)。公司銷(xiāo)售總監(jiān)Mario Brumm說(shuō)，已有十年歷史的Ibeo公司開(kāi)發(fā)了一款激光掃描裝置，與相關(guān)軟件配合，就可以檢測(cè)車(chē)身周?chē)ㄆ渌?chē)輛、行人以及自行車(chē)在內(nèi)的環(huán)境，測(cè)量他們的位置和速度。Ibeo開(kāi)發(fā)的這一系統(tǒng)可以在高速行駛時(shí)支持自動(dòng)巡航控制并在交通阻塞時(shí)提供駕駛輔助。在關(guān)鍵時(shí)刻，比如有個(gè)孩子出現(xiàn)在車(chē)前時(shí)，傳感器會(huì)觸發(fā)剎車(chē)動(dòng)作來(lái)避免事故。
Brumm說(shuō)：“我們開(kāi)發(fā)了硬件和軟件，但我們認(rèn)為未來(lái)幾年時(shí)間里，軟件會(huì)變得越來(lái)越重要。我們推向市場(chǎng)的一些傳感器已經(jīng)可以支持單一應(yīng)用，但我們從開(kāi)始樹(shù)立的目標(biāo)就是利用一個(gè)傳感器支持多項(xiàng)應(yīng)用。FPGA在我們的設(shè)計(jì)中是非常重要的器件。”
在采用FPGA之前，Ibeo利用的是一款模擬芯片。Brumm說(shuō)：“我們可以利用它來(lái)測(cè)量遠(yuǎn)達(dá)80米的距離。但對(duì)于自動(dòng)巡航控制來(lái)說(shuō)，這還不夠，尤其是在德國(guó)，在那里人們喜歡高速駕駛。客戶(hù)希望能夠測(cè)量200米遠(yuǎn)的距離，這樣的話(huà)，利用原來(lái)的模擬系統(tǒng)是不可能的，因此我們想利用數(shù)字方法來(lái)完成核心測(cè)量。”
特別的，原來(lái)的模擬系統(tǒng)在傳感器可檢測(cè)的面積和寬度等方面的可視范圍也非常有限。Brumm說(shuō)：“在模擬系統(tǒng)中，信號(hào)噪聲較大，因此我們只能分辨80米以?xún)?nèi)的對(duì)象。在新的FPGA系統(tǒng)中，大型轎車(chē)或卡車(chē)的可視距離將可達(dá)到350米。對(duì)于激光掃描系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，這真是非常好的性能。而這主要得益于數(shù)字測(cè)量技術(shù)，系統(tǒng)因此可以檢測(cè)到非常低的能量。此類(lèi)系統(tǒng)首先將用于豪華車(chē)，如奔馳S級(jí)和寶馬7系列。但我們的主要目標(biāo)是降低成本，使這些技術(shù)能夠更廣泛地應(yīng)用于所有汽車(chē)。”
Brumm認(rèn)為，將激光技術(shù)和視頻相融合具有很大潛力。他說(shuō)：“數(shù)字?jǐn)z像頭技術(shù)很不錯(cuò)，你可以親眼看到發(fā)生的事情，但它也有一些缺點(diǎn)。例如，攝像頭無(wú)法在黑暗的環(huán)境中工作，因此設(shè)計(jì)人員需要采用夜視技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，但這樣做成本會(huì)比較高。而且，數(shù)字?jǐn)z像頭通常比激光技術(shù)需要更強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力。而激光則不會(huì)受到環(huán)境光線(xiàn)或者霧天的影響。”
但同樣的，攝像頭也可以避免激光掃描器的一些問(wèn)題。例如，激光掃描器在區(qū)分行人和樹(shù)木時(shí)就有困難，但是將激光掃描和視頻攝像結(jié)合起來(lái)就可以同時(shí)獲得兩種傳感器的優(yōu)點(diǎn)。例如，如果看起來(lái)汽車(chē)將撞到大樹(shù)，那么系統(tǒng)會(huì)發(fā)送信息給其它傳感器以保護(hù)司機(jī)。但如果汽車(chē)將要撞上的是行人，那么就會(huì)發(fā)送信息給其它傳感器以幫助保護(hù)潛在的受害者，比如激活汽車(chē)底部或外殼上的氣囊。
在售后安裝的駕駛輔助系統(tǒng)方面，F(xiàn)PGA也可以發(fā)揮重要作用。例如，PLX Devices公司開(kāi)發(fā)的首款產(chǎn)品——供汽車(chē)愛(ài)好者使用的可定制多功能計(jì)量器就采用了賽靈思FPGA平臺(tái)。而后，該公司又開(kāi)發(fā)了一款主流消費(fèi)產(chǎn)品Kiwi。這款產(chǎn)品能夠以輕松的方式幫助司機(jī)監(jiān)控燃料效率，賽靈思器件同樣是該設(shè)計(jì)的核心。