Lattice Drive：引领智能驾驶进步之道

多家市场分析机构的数据表明，尽管遭遇种种不利因素，但2023年市场对功能先进的电动和混合动力汽车的需求依然强劲。麦肯锡公司预测称，到2030年，全球汽车软件和电子市场预计将达到4620亿美元，信息娱乐、互连、安全和连接服务应用与整体软件市场同步增长，将成为同期第二大软件市场。

而IHS Markit的数据则显示，2023年，汽车电子系统总额预计将高达1800亿美元，平均每辆汽车会使用500美元以上的半导体器件，高级驾驶辅助系统(ADAS)、动力系统和车载信息娱乐系统(IVI)位列增幅最大的应用前三位，成为客户在购买新车时考虑的最重要的三大功能。

车载信息娱乐系统迎来爆发式增长

车载信息娱乐系统快速增长的背后，离不开智能座舱市场的推动。Strategy Analytics对2020年中国智能座舱发展状况的分析数据就显示：前装联网率为60%，车载中控屏搭载率达到80%，车载导航的搭载率达到57%，车载语音识别的搭载率为58%，市场发展速度非常快，在全球市场处于领先水平。

尤其是在当前“软件定义汽车”的大环境下，智能座舱的集成主要呈现“一芯多系统”的特点，即将液晶仪表、HUD、车载信息娱乐系统、DMS&OM、语音识别以及ADAS功能融合在一起，为用户带来更直观、更个性化的驾乘体验。

而且，根据车辆的不同，这些系统可以呈现出多种形式，从单个触摸屏显示器到用于中央娱乐中心、仪表盘、平视显示器和后座显示器的多个高分辨率显示器，以及曲面、后视镜显示器、3D、增强现实等更多选项。

在可预见的未来，智能座舱所代表的“车载信息娱乐系统＋全液晶仪表+电子后视镜＋HUD抬头显示系统＋车联网系统＋ADAS各种功能”的融合体，将拥有更加多样化的人机交互HMI(语音、手势、AR抬头显示、融合导航指示），更大更高分辨率(12inch+,4K)的屏幕, 流畅的屏屏互动功能，多模态的舱内传感器(摄像头、毫米波雷达），更丰富的车机软件，同时能把座舱数据进行更好的整合以带来更便利的体验。

但美好愿景的背后也隐藏着巨大的技术挑战。首先，这些系统需要处理的信息复杂度越来越高，信息量也越来越大，需要可扩展且灵活的硬件和软件解决方案；其次，先进的电子元件需要高速接口来支持多个显示器的连接和同步，而低功耗、低延迟数据处理也变得至关重要；第三，随着信息娱乐和ADAS系统的发展，显示器和摄像头的分辨率也在提高，同时连接和处理多个高分辨率显示器、传感器和摄像头变得极具挑战。

好消息是，许多汽车制造商正在利用“区域架构”来解决上述挑战。简单而言，就是整个汽车电子电气架构由过去几十个甚至上百个ECU组成的“分布式系统”，向更少的ECU、更集中的“基于域的系统”演进。这样的“区域架构”提供了更好的可扩展性，支持更简单的软件开发，具有更优化的功能和可靠性，该架构中传感器、计算和互连元件组合到不同的“计算区域”中，然后这些区域的计算结果被发送到主SoC芯片。

同时，随着显示器、摄像头和其他视觉传感器数量的增加，以及设计用于管理更高数据速率的新接口超过了中央SoC的I/O功能，高效的桥接对于组合、多路复用或分离信号至关重要。FPGA就是非常合适的选择，因为它本身具有灵活性、可执行各种功能、而且尺寸较小。一辆车中用到多个FPGA，且每个FPGA都可以支持不同应用的例子十分常见。

利用Lattice Drive加速汽车应用开发

Lattice Drive是莱迪思为帮助客户加速开发先进、灵活的汽车系统设计和应用，包括车载信息娱乐显示屏互连和数据处理、ADAS传感器桥接和处理、低功耗区域桥接等应用而推出的解决方案集合，一举将莱迪思针对不同市场应用的软件解决方案集合拓展到了汽车市场。

与此前推出的sensAI、mVision、Sentry和Automate等解决方案的架构类似，Drive的底层硬件平台提供了模块化FMC适配器/CertusPro-NX评估版；嵌入式DisplayPort TX开发板、DisplayPort接收器/发送器开发板；以及CertusPro-NX PCIe桥接开发板，在此之上是一系列IP核(DisplayPort RX/TX、视频缩放器、局部调光演示+LED驱动器等)、软件工具(RADIANT、Propel)、参考设计与演示和定制设计服务，共同构成了完整的Drive方案。

LattcieDrive解决方案集合

作为莱迪思第六款针对特定应用的软件解决方案集合，首发版本的Lattice Drive主要关注车载信息娱乐显示屏互连和数据处理功能，可提供以下三方面的创新车载体验：

l 先进的显示屏互连和处理

Ø 支持多分辨率缩放，最高支持4K显示尺寸

Ø 最高支持HBR 3 DisplayPort，每通道8.1Gbps

Ø 通过可扩展的全阵列局部调光解决方案提供图像/视频增强

适用于汽车LCD面板的自适应全阵列局部调光解决方案是本次首发版本的绝对亮点。当前，为了提高普通液晶显示屏的显示效果并增加对比度，许多车厂开始尝试将局部调光(LocalDimming)技术应用于车载显示屏中，以此找到一个具备出色性价比的平衡点。

从技术角度来看，全阵列局部调光技术在LCD面板后面使用了一组LED，每个LED或LED区域能够单独调光，仅照亮显示器上所需的像素，从而动态适应显示器的图像内容。同时，汽车应用中的局部调光也是一个计算密集型功能，因为所需的算法相对复杂——除了考虑各个分区外，软件还必须持续监控照明条件，它会随着汽车的行驶而不断变化，如白天和黑暗、不同的天气条件、通过隧道等。

同样的局部调光技术还可用于汽车的平视显示器(HUD)，这些显示器通常用于将驾驶信息投射到挡风玻璃上，例如汽车的速度，导航指令或警告。HUD的局部调光不仅增强了可视性，还能提供更加无缝的体验。

在与莱迪思设计合作伙伴Parretto和显示方案合作伙伴Lincoln Technologies Solutions合作开发的一款设计演示中，莱迪思使用了RaspberryPi Zero流作为视频源，视频参数为720p，每秒50帧(FPS)，使用GPIO连接CertusPro-NX评估板上的CertusPro-NX器件。视频缩放器IP使用多相缩放算法将50 FPS的720p视频处理为2160p/50Hz。

局部调光IP根据视频流的内容动态控制面板的全LED阵列背光。最后，DisplayPort TX IP接收2160p50FPS的视频，并以DisplayPort HBR 2数据速率将其以四通道流式传输到面板。4K面板显示2160p/50 Hz视频，同时动态调整全LED阵列背光。

DisplayPort、缩放器和局部调光演示，将带有全阵列局部调光功能的720p视频升级到2160p视频

所以，与其它类型的处理器相比，FPGA在汽车LCD面板中实现局部调光更具优势，因为它们可以提供实时处理能力，能够在分区数、视频分辨率、视频接口、客制化性能支持等方面提供足够的灵活性、低延迟和12位内部处理精度，有着更高的可靠性，以及运行AI和ML算法的能力。

例如用户可以在FPGA中添加更多图像增强功能，包括旋转，视频缩放(Video Scaler)等；用于故障安全模式的屏幕显示(OSD)若未检测到视频，则显示车速等……这些都无疑大大增加了客户在系统设计中的选择余地，能够更好地满足不同的需求。

l 多个显示屏互连

Ø 可桥接多个显示器，提供比同类品快1.5倍的DisplayPort接口

随着车载显示大屏化、多屏化、高清化和多形态化趋势日趋明显。很多新车搭载的屏幕数量均突破了2块，部分车型甚至达到了4-5块。随着车内显示屏数量和尺寸的增加，人们对显示质量提出了新的要求，希望能够获得更高的色域，更高的对比度等等。特别是为了缓解里程焦虑，如何提升大尺寸屏幕效率，使之更省电，会是未来几年行业面临的共同课题。

让我们看一下能够实现DisplayPort互连，包括视频像素升级的Lattice Drive DisplayPort和视频缩放器参考设计。该参考设计基于CertusPro-NX器件。视频源为莱迪思DisplayPort RX IP(DP RX)提供720p和每秒60帧(fps)的视频流。然后，莱迪思视频缩放器IP使用双立方插值算法将视频信号放大为1080p和60fps。最后，该视频信号通过莱迪思DisplayPort TX IP(DP TX)发送到视频接收端。此外，该参考设计还附带一个仿真环境。

Lattice DriveDisplayPort和视频缩放器参考设计

该参考设计的测试平台具有AXI流数据生成器和DPTX IP模型，可为参考设计(RD)提供激励。该测试平台也是DPRX IP模型的实例，用于接收来自RD的DP输出，同时还是一个AXI流数据检查器，将输出与AXI流发生器的输入进行比较。该参考设计和测试环境可以修改为不同配置，方法是将DP和视频缩放器IP替换为与符合新配置的IP。

l 高效的数据处理

Ø  能够处理或协同处理数据以分担CPU的负载

Ø 功耗比同类竞品低75%

出色的性能表现源于CertusPro-NX汽车级FPGA系列产品。这是莱迪思面向车载信息娱乐(IVI)系统高速视频互连、5GbE车载网络(IVN)和ADAS传感器数据处理等应用，推出的拥有领先的低功耗、高性能以及同类产品最小尺寸的FPGA产品。

与竞品相比，CertusPro-NX汽车级器件支持高达8.1Gbps的SERDES、高达96k的逻辑单元，支持主流的通信和显示接口，如10GigabitEthernet、PCI Express、SLVS-EC、CoaXPress和DisplayPort。不但拥有同类产品中最多的片上存储器资源以实现高效数据处理，且是同类产品中唯一支持LPDDR4外部存储器的FPGA产品。

凭借对高速SERDES的支持，CertusPro-NX汽车级产品还增加了很多独特的功能，支持桥接信息娱乐系统SoC的视频输入以及图像质量增强功能，包括局部调光，FPGA直接视频处理，支持嵌入式显示端口。该系列器件可以分担系统的视频增强功能，同时添加更多连接功能(如下图所示)。

结语

Drive解决方案集合不是莱迪思在汽车领域的首次尝试。事实上，面向汽车照明、信息娱乐系统和远程信息处理等通用需求；高速视频和传感器；汽车设计中的平台管理和安全应用三大方向，莱迪思有着非常完整且丰富的产品布局，并正凭借完整的“模块化硬件平台+参考设计+神经网络IP核+定制设计服务”矩阵，帮助用户加速、简化汽车相关系统设计流程和上市时间。