Az FPGA és az ADAS rendszerek kapcsolata

Ebben a technikai cikkben az ADAS (Advanced Driver Assistance System, azaz fejlett vezetéstámogató rendszer) egy fejlődési mérföldkövét mutatjuk be, melyet a testreszabhatóságra és a rugalmasságra való egyre erősebb igény hívott életre. Ennek köszönhető az, hogy a korábban stabil pozícióval rendelkező ASIC (Application Specific Integrated Circuit, azaz alkalmazásspecifikus integrált áramkör) struktúrákat egyre inkább felváltja írásunk alanya, az FPGA.

A Field Programmable Gate Array, azaz a felhasználás helyén programozható logikai kapumátrix nem más, mint egy logikai blokkcsoportot összekötő hálózat, amely tele van írhatókomponensekkel. A programozhatóság nem csak a logikai kapukban merül ki, mint a kizáró VAGY (XOR) vagy az ÉS (AND), hanem ennél jóval bonyolultabb összefüggések is megvalósíthatók, mint például egy dekódolási folyamat vagy matematikai függvények megoldása.

Mivel általában tartalmaz saját memóriaelemeket, a blokkok akár memóriaként is funkcionálhatnak. Az újraprogramozhatóság révén pedig kitűnő eszköz az FPGA az ASIC prototípusok tesztjeihez. Az FPGA addig variálható, amíg az integrált áramkör megfelelően nem funkcionál.

Mindemellett az FPGA azért is tud népszerűvé válni az autóiparban, mert az ADAS egyre inkább hardverigényes, ennélfogva igényli a hardveres gyorsítást, a céleszközöket – az általános CPU, esetleg GPU nem mindig elegendő. Noha számos iparágban az ASIC a mai napig önmagában uralja a szegmenst, és tökéletesen megfelel számtalan mennyiségű célra, az ADAS rendszerek tervezői az idő előrehaladtával mindinkább előnyben részesítik az FPGA-t.

(stock fotó – pixabay.com)

A fejlesztések sebessége olyan mértékben felgyorsult, hogy az FPGA által nyújtott testreszabhatóság minden másnál jobban alkalmazkodik a jelenlegi helyzethez.

A fejlesztési folyamatok során hatalmas könnyebbséget jelent ez a tulajdonság. A mai modern autóknak sok ADAS funkciója van, ráadásul akad olyan is, amely márkaspecifikus. Túl széles a spektrum és túl rövid az idő.

Az FPGA egy viszonylag kényelmes választ ad a problémára. Ennek segítségével a mérnökök képesek „építkezni” a korábbi tudásukra. Amikor a gyártó fejleszt egy új modellt, a korábbi autó FPGA-struktúrája felhasználható, és tovább lehet tervezni a rendszert anélkül, hogy mindent az elejéről kellene kezdeni.

Ismét új szintet érhet el az ADAS (stock fotó – pixabay.com)

Mindennek van hátrányai is – nincs ez másképp az FPGA esetén sem. A többi iparág nem preferálta a használatát, és emiatt nem fejlődött olyan ütemben, mint amilyenre az autóipar most rákényszeríti.

A legfontosabb követelmény a megbízhatóság. Ez az a tulajdonság, amiben az FPGA nem volt túl jó. Érzékenyek a csomagolás és az összeszerelés közben vétett hibákra, a környezeti túlterhelésre és az elektromágneses zavarokra. Valamilyen szinten mindegyik összekapcsolható a túl magas működési hőmérséklettel. Ez különösen kritikus pont, hiszen a személygépkocsik elég szélsőségek hőmérsékleti tartományban működőképesek.

A programozhatóság hozott még egy előnyös tulajdonságot. Az FPGA-k az autó belső, CAN-hálózati kommunikációjának titkosítására, hitelesítésére is felhasználhatók. A kiberbiztonság egyrerelevánsabb témává válik az autóiparban, mivel a járművek egyre közvetlenebb kapcsolatba kerülnek a nyílt, külső hálózatokkal. Az FPGA létjogosultsága tehát minden szempontból nehezen megkérdőjelezhető.