如何在FPGA內實現最佳化車用MCU設計方案？

　　在汽車電子中廣為采用的微控制器(MCU)正快速面臨時間和成本的壓力。使用MCU的主要優勢一直以來都是‘創造具有高性價比的高階系統整合’。然而，在此一優勢之下，有一些與元件本身相關的潛在成本是超乎于其單價水平的。例如，若選用的元件無法創造所需特性，則必須增加外部邏輯、軟件或其它整合元件。

　　再者，目前汽車終端市場對于需求的變化屢見不鮮，以至MCU很快就變得不適用;許多具有專門特性以及固定專用界面數量的MCU，經過短暫的評估后即無法滿足市場需求。因此，系統供應商不得不重新設計硬件及編寫相關軟件，在某些情況下，甚至必須更換處理器核心。

　　MCU的困境

　　MCU制造商正被迫面對會為整個市場帶來巨大影響的挑戰。MCU是針對應用而設計的元件;因此必須針對個別應用，設計具有不同性能組合的新元件。要以一個單一核心架構來滿足這個廣大市場，制造商必須提供多款MCU系列，提供不同的界面與功能。而市場上大部分的實例顯示，目前的特性組合無法具體滿足客戶的需求，為了能夠量產，必須在一個特定核心架構上改變新界面與功能。

　　過去的MCU是以舊有技術搭配相對低的制造成本來實現，在過去這是個成功的方法。但現在，為實現更高階的系統整合，廠商不斷采用先進制程技術，開發新的變種MCU所需費用變得相當可觀。由于只有少數客戶會下訂單，因此，為滿足單一客戶需求而生產如此特殊的元件便不再具有商業意義。

　　因此，新的變種MCU被設計成具備越來越豐富的特性，以吸引整體市場，它正向標準產品發展，不再是針對特殊應用的元件。然而雖然這些標準產品的功能非常強大，但其成本也相對大幅增加，最后變得更難滿足諸如汽車電子等對成本非常敏感的市場。

　　除了改變引起問題的根源——芯片上的固定功能，我們別無他法。很明顯的，我們需要一種新的設計方法。

圖1：此汽車資訊娛樂平臺具有多個子系統、可擴展界面以及功能。

　　靈活的MCU概念

　　打破這個僵局的方法，是使用FPGA在芯片上實現靈活的功能。FPGA能顯著縮短工程開發時間以及降低多次芯片返工成本，為MCU提供一個強而有力的可行替代方案。例如，采用基于FPGA的方法為汽車音響和導航設備開發一個靈活的繪圖系統，可將開發時間縮短6個月。

　　與不具備所需特性的MCU不同的是，在設計過程中，可根據需要對FPGA進行編程和改編，以加快原型產生速度及產品上市時間。若需求改變，還可在現場對FPGA進行升級——即使元件已被安裝在產品內。

　　相較于傳統控制器，FPGA已成為汽車繪圖控制器所采用的主要設計方法。雖然為了諸如繪圖等獨立功能所設計的低價FPGA能廣泛地為汽車市場所接受，但為實現可編程能力，仍需在芯片上做出巨額投資，因此擴增的復雜功能也將使得可編程元件價格趨于昂貴。

　　但隨著目前已能從FPGA無縫轉換為結構化ASIC，一個靈活的微控制器已兼具了價格競爭力，它從一個預定義的大型元件庫與可擴展建構模組中所選取的性能也可以具體滿足客戶需求。

　　它與傳統MCU的主要區別在于，從原型FPGA到最終MCU的無縫轉換過程。CPU和匯流排架構對靈活的MCU概念來說都是特殊的，且對于特定客戶應用，它們可將所需特定功能及特性映射到設計中。

圖2：FPGA到ASIC整合提升了控制器的性能和特性。