图1  摄像模块正用于车辆的多种应用领域

摄像模块广泛地用于汽车应用，但如何使它们更小并且节省成本，这对系统设计人员而言是一个重大的挑战。

由于后视、侧视镜、夜视和车道偏离警示的应用需求，以及其他需求，如事故记录以确定在车辆中的乘客人数……这种需求在不断增加，汽车工程师正在整个车辆中不断增加摄像机的布置，并快速、高效地将数据传送到处理模块和中央控制台。而对汽车设计人员而言，这是一个重大的设计挑战：虽然摄像机的体积越来越小，但应用的范围越来越广。图1展示了汽车中摄像机一些可能的位置分布。

器件的成本和体积增加了这些设计方面的问题。虽然摄像模块正变得不再那么昂贵，但是处理和连接这些模块到车辆的其他部分的相关电路，以及使用图像数据通常会形成一个大的、昂贵的单元电路。

增加本地处理以降低围绕汽车进行传输大量数据的成本是有可能的，所以如果采用分立的元件，系统集成的可能性是有限的。但是如果添加处理的成本很小的话，那么增加本地处理可以在车辆中降低布线的成本并且提高汽车的可靠性。例如，碰撞检测或车道偏离警告——这些情况不再需要显示。

有几种不同的传输机制可围绕汽车来传递视频数据，但每个传输机制都会面临不同的挑战。目前已有的传输机制包括车用版的以太网以及汽车标准，如MOST标准，而串行LVDS（低电压差分摆幅）技术也越来越受欢迎。设计人员需要灵活地对工程应用使用合适的技术，选择与其相关的接口，而不局限于某一特定的片上系统器件。这很难用标准部件来实现，设计人员需要一个成本合适的小模块，现场可编程器件就具有灵活性和一体化的优点。

合适架构的FPGA可以整合摄像控制和图像处理逻辑以及用于通信的媒体层，这就大大减少了所需的元件数量。可以在内部存储比特流的混合SRAM逻辑和闪存结构的器件对系统设计人员是一个理想的选择，如莱迪思半导体公司的XP2系列产品。该器件符合AEC - Q100汽车标准，并且还提供了只要２ms就能激活的高速“即时启动”功能，减少了元件的数量，还增加了系统的可靠性，内部比特流还可以防止比特流和IP被复制。XP2系列产品还采用芯片级BGA封装，面积减少至8×8mm，从而能够设计更小的摄像模块。

图2  单片FPGA可用于CMOS图像传感器的后处理，以及高速数据连接的接口，减少了摄像模块的尺寸并降低了成本

系统IP

与系统相关的问题是嵌入到FPGA中的IP。设计灵活性来自源图像控制，以及IP合作伙伴开发的后处理模块，如德国的Helion公司开发的完整的摄像头接口和图像处理IP模块。IP提供各种功能，如自动调整白平衡、摄像头视频输出的对比度和色彩，以及覆盖的信息，如摄像视频的警告，所有这一切都用单片FPGA进行处理，而无需使用复杂的嵌入式处理或车辆中的其他嵌入式处理器。这完全得益于FPGA中的嵌入式数字信号处理模块。

在FPGA中采用嵌入式处理还能够修正任何对镜头的遮档，包括去除马赛克的调整光圈控制、重构来自摄像机的完整的色彩和高分辨率图像，再次降低了摄像模块的成本和复杂性。
本地的图像处理技术也使主控制器把重点放在显示和接口问题上，以使产品增加更多的智能，更方便用户使用这个系统。

可用的接口

对于摄像模块，存在有几个可用的接口：从汽车专用的MOST光网络到其他网络技术的车用版本，如以太网和Firewire 等。正在成为领先者的一种技术是双线串行LVDS协议，该协议由 Inova Semiconductor开发，被称为汽车像素链（Apix） 。

而MOST协议是一个潜在的标准，针对围绕车辆的移动视频数据，作为光学网络，它可以用复杂和昂贵的光纤收发器和光纤连接来实现，特别是需要使用大量的分布式模块。

以太网也进入了汽车的使用范围，但这不一定是实时和有确定性的，因为它使用了回落和重新尝试的办法，这就意味着要在网络上实现多个模块是复杂的。

与此相反，如果采用Apix串行LVDS接口可提供高速数据传输的确定性，同时如果采用串行方式还可以使成本和链接的复杂性最小。在Inova的针对Apix的MAC层，可整合至XP2 FPGA的逻辑中，以减少复杂性和元器件的数量，并从一个8位宽的全视频总线到2或4线串行流处理转换，串行流运行的下行速率为1Gbit/s，返回的速率为62.5Mbit/s。需要一个单独的收发器实现实际的LVDS协议，但这是一种廉价的元件。利用这一差分方法有助于降低易受影响的电磁干扰信号，并提供更多的电气绝缘性，从而可以增加可靠性。使用两根铜线极大地降低了成本、重量和导线的复杂性，在设计汽车电子产品时，这是一个主要的因素。图2展示了整个系统的配置。

结论

针对摄像机广泛的应用，汽车系统设计人员希望能够灵活地把摄像模块用在车辆的各个部位。在摄像模块中实现更多的后处理功能越来越重要。针对如何将视频回送给用户且影响最小的摄像模块的尺寸和成本，工程师提供了一个节约成本的高速接口。

将摄像头控制和图像后处理功能集成在小体积、基于单片的廉价模块中，可为用户提供高质量的视频数据。因此，这个FPGA是节约成本的，并能高速连接，而且对中央处理模块的影响微乎其微。使用高速差分协议的Apix，且符合协议和集成到FPGA中的MAC接口，提供了一个节约成本的高速视频连接，它不受电磁干扰，降低了成本并减少了导线的重量。

我们可以看到，符合汽车温度范围要求，并且体积小、元件数量少的“即时启动”FPGA可以整合关键的摄像控制和视频后处理模块，还能够将这些模块直接连接到低成本的高速接口上。针对系统集成，大大简化了设计和开发的挑战，从而使体积和最终解决方案的成本达到最小。