مدونة الشركة حول Xilinx XA7S50-1FGGA484I أداء عالي للسيارات سبارتان-7 XA FPGA

Xilinx FPGA عالي الأداء من فئة السيارات من سلسلة Spartan-7 XA

شركة شنتشن مينغجيا دا للإلكترونيات المحدودة تورّد وتعيد تدوير شريحة FPGA من فئة السيارات عالية الأداء من سلسلة Spartan-7 XA من Xilinx .

أولاً. تحديد الموقع الأساسي والامتثال لمتطلبات السيارات لشريحة

تُعد شريحة XA7S50-1FGGA484I هي الشريحة الرائدة من فئة FPGA في سلسلة Spartan-7 XA، وهي مصممة لتطبيقات إلكترونيات السيارات المتطلبة. تم تصميمها خصيصًا لتطبيقات مجموعة نقل الحركة في السيارات، والتحكم في هيكل السيارة، وأنظمة مساعدة السائق المتقدمة (ADAS)، والبوابات داخل السيارة، وأنظمة المعلومات والترفيه، حيث توفر حلاً قابلاً للبرمجة من فئة السيارات يوازن بين التكلفة المنخفضة، واستهلاك الطاقة المنخفض، والأداء العالي، والموثوقية العالية.

بشكل صارم بمعيار السيارات AEC-Q100 Grade 1 (نطاق درجة حرارة التشغيل: -40 درجة مئوية إلى +125 درجة مئوية)، وحصلت على شهادة السلامة الوظيفية ISO 26262 ASIL-B، وتدعم سلسلة توريد سيارات خالية من العيوب مع توريد طويل الأجل (أكثر من 15 عامًا). إنها تلبي تمامًا المتطلبات الأساسية لإلكترونيات السيارات فيما يتعلق بمقاومة الاهتزازات، والتداخل الكهرومغناطيسي، ودرجات الحرارة والرطوبة العالية، والتشغيل المستقر طويل الأجل. على عكس شرائح FPGA الصناعية والاستهلاكية، فهي تعمل كمنصة أساسية لتحقيق قابلية البرمجة للأجهزة والتكرار الوظيفي المرن في أنظمة إلكترونيات السيارات.

ثانياً. المواصفات الأساسية للأجهزة ومعلمات الأداء لشريحة 1. معلمات التعبئة والتغليف والكهرباء الأساسية

اسم الموديل الكامل:

XA7S50-1FGGA484I

درجة السرعة: -1 (درجة أساسية عالية الأداء، توازن بين استهلاك الطاقة والتوقيت)

درجة الحرارة: الدرجة الأولى (درجة صناعية/درجة سيارات 1، -40 درجة مئوية إلى +125 درجة مئوية)، مناسبة لبيئات السيارات ذات درجات الحرارة العالية مثل حجرة المحرك والهيكل السفلي

جهد التزويد: نواة VCCINT 1.0 فولت؛ بنك الإدخال/الإخراج 3.3 فولت/2.5 فولت/1.8 فولت/1.5 فولت/1.2 فولت متكيف، يدعم الاتصال المباشر بالأجهزة الطرفية للسيارات ذات الجهد الواسع

استهلاك الطاقة النموذجي: وضع الاستعداد < 10 مللي واط، وضع التشغيل < 1.5 واط، أقل بكثير من وحدات النظام على شريحة (SoCs) من فئة السيارات ذات الأداء المماثل، مناسبة لتصميمات السيارات منخفضة الطاقة (أنظمة طاقة السيارات 12 فولت/24 فولت)

2. موارد المنطق وتكوين الذاكرة (بنية نواة Spartan-7 XA)تعتمد شريحة XA7S50-1FGGA484I

على عملية Xilinx ذات استهلاك الطاقة المنخفض 28 نانومتر وتدمج مصفوفة منطقية قابلة للبرمجة بالكامل، مع تكوينات موارد مصممة خصيصًا لمتطلبات التحكم في السيارات المتوسطة إلى العالية:

قلابات (FF): 134,600 قلاب من نوع D، تدعم التحكم في التوقيت المتزامن/غير المتزامن، مناسبة لاكتساب الإشارات عالية التردد والتحكم في الوقت الفعلي في تطبيقات السيارات

ذاكرة الوصول العشوائي الكتلية (BRAM): 1,920 كيلوبايت (240 × 8 كيلوبايت)، ذاكرة وصول عشوائي كتلية مزدوجة المنفذ، تدعم تخزين البيانات المؤقت، و FIFO، وتخزين الإطارات لتلبية متطلبات نقل الفيديو والبيانات في السيارات

شرائح معالجة الإشارات الرقمية (DSP): 120، تحتوي كل منها على مضاعف 18 × 18 + مجمّع 48 بت، تدعم العمليات ذات النقطة الثابتة والعائمة، مما يتيح تسريع الأجهزة للمعالجة المسبقة لبيانات مستشعرات ADAS، والتحكم في متجه المحرك، وخوارزميات الترشيح

حلقات قفل الطور (PLLs): 4، تدعم مضاعفة التردد، وتقسيمه، وإزاحة الطور؛ أقصى تردد خرج للساعة 450 ميجاهرتز، يلبي متطلبات التوقيت لواجهات السيارات عالية السرعة (CAN FD، LIN، Ethernet، LVDS)

شبكة الساعة العالمية: 16 خط ساعة عالمي، توزيع ساعة منخفض الانحراف، يضمن التشغيل المتزامن عبر الشريحة بأكملها

3. واجهات الإدخال/الإخراج وقدرات الاتصال داخل السيارة (المزايا الأساسية للتكيف مع السيارات)

كشريحة FPGA من فئة السيارات، تتميز شريحة

XA7S50-1FGGA484I

بموارد إدخال/إخراج متكيفة بالكامل مع واجهات الاتصال والتحكم الرئيسية داخل السيارة، وتدعم التنفيذ المعتمد على الأجهزة لبروتوكولات متعددة:

إجمالي دبابيس الإدخال/الإخراج للمستخدم: 250، تدعم معايير مثل 3.3 فولت LVCMOS، 2.5 فولت LVCMOS، 1.8 فولت LVCMOS، 1.5 فولت HSTL، و 1.2 فولت SSTLدعم واجهة الاتصال المخصصة: دعم أصلي لبروتوكولات ناقل السيارة بما في ذلك CAN 2.0، CAN FD، LIN، SENT، و PSI5؛ يمكن تنفيذ شبكة Ethernet داخل السيارة (100 ميجابت في الثانية/1 جيجابت في الثانية) و FlexRay عبر نوى IP، مما يلغي الحاجة إلى شرائح بروتوكول مخصصة خارجية

قدرات القيادة: تيار إدخال/إخراج قابل للتعديل من 4 مللي أمبير إلى 24 مللي أمبير، يدعم القيادة المباشرة للأجهزة الطرفية للسيارات مثل المرحلات، والصمامات الملفية، ومصابيح LED، مما يقلل من الحاجة إلى دوائر قيادة خارجية

ثالثاً. المزايا التقنية الأساسية لشريحة

XA7S50-1FGGA484I

من فئة السيارات

1. السلامة الوظيفية والموثوقية (المتطلبات الأساسية لإلكترونيات السيارات)تصميم مقاوم للتداخل: عملية محسّنة 28 نانومتر، دوائر حماية مدمجة للتداخل الكهرومغناطيسي/التوافق الكهرومغناطيسي، اجتاز اختبارات التوافق الكهرومغناطيسي للإلكترونيات في السيارات، ويتكيف مع بيئات الكهرومغناطيسية المعقدة داخل السيارة

تصنيع خالٍ من العيوب: سلسلة توريد Xilinx من فئة السيارات، اختبار مصنع بنسبة 100%، يدعم عملية الموافقة على أجزاء الإنتاج (PPAP)، ويلبي متطلبات مراقبة الجودة لموردي المستوى الأول ومصنعي المعدات الأصلية في السيارات

2. استهلاك طاقة منخفض وتكامل عالٍ (متكيف مع إمدادات الطاقة داخل السيارة وقيود المساحة)

عملية 28 نانومتر HKMG (بوابة معدنية عالية-k) منخفضة الاستهلاك للطاقة؛ استهلاك الطاقة الثابت هو ثلث استهلاك شرائح FPGA الصناعية فقط؛ تم تقليل استهلاك الطاقة الديناميكي بنسبة 40% مقارنة بالجيل السابق من نفس السلسلة؛ متكيف مع إمدادات الطاقة منخفضة الجهد 12 فولت/24 فولت داخل السيارة، مما يقلل من متطلبات التصميم الحراري

تكامل شريحة واحدة للمنطق، والذاكرة، و DSP، والإدخال/الإخراج عالي السرعة، وإدارة الساعة يحل محل المزيج التقليدي ‘وحدة تحكم دقيقة + ASIC مخصص + شريحة واجهة’، مما يقلل من مساحة لوحة الدوائر المطبوعة بنسبة 30% إلى 50% ويقلل من تكاليف قائمة المواد (BOM)، مع تلبية متطلبات التصغير لوحدات التحكم الإلكترونية في السيارات

3. قابلية البرمجة للأجهزة والتكرار المرن (اتجاه نحو إلكترونيات السيارات المعرفة بالبرمجيات)

يدعم بيئة تطوير Xilinx Vivado، ويوفر مجموعة كاملة من نوى IP من فئة السيارات (CAN FD، شبكة Ethernet للسيارات، التحكم في المحركات، معالجة الفيديو، المعالجة المسبقة لـ ADAS)، ويدعم تطوير C/C++ و Verilog/VHDL، مما يؤدي إلى تقصير دورة تطوير وحدات التحكم الإلكترونية داخل السيارة

يدعم إعادة التكوين في الدائرة (ICAP)؛ يمكن للأنظمة داخل السيارة تحديث منطق FPGA عن بُعد عبر CAN أو Ethernet لتمكين تكرار الميزات، وترقيات الخوارزميات، وإصلاح العيوب دون الحاجة إلى استبدال الأجهزة، بما يتماشى مع اتجاه تحديثات السيارات عبر الهواء (OTA)

متوافق مع مجموعة كاملة من IP Spartan-7، مما يتيح النقل السريع لحلول السيارات الناضجة وتقليل مخاطر التطوير

رابعاً. سيناريوهات التطبيق الأساسية داخل السيارة لشريحة

XA7S50-1FGGA484I

أنظمة مساعدة السائق المتقدمة (ADAS): تتيح المعالجة المسبقة لبيانات رادار الموجات المليمترية، و LiDAR، والكاميرا (الترشيح، اكتشاف الأجسام، تحويل الإحداثيات)، مما يساعد وحدات التحكم في المجال (MCU/SoC) على تقليل عبء الحساب، ودعم وظائف مثل الحفاظ على المسار، وتحذير الاصطدام، ومراقبة النقطة العمياء

التحكم في مجال مجموعة نقل الحركة: تستخدم لوحدات تحكم المحركات (MCUs)، وأنظمة إدارة البطارية (BMS)، ومحولات DC-DC؛ تنفذ التحكم في PWM، واستشعار التيار/الجهد، والتحكم في المتجهات، وحماية الأعطال؛ تدعم أنظمة القيادة الكهربائية للمركبات الجديدة للطاقة

بوابة السيارة والاتصالات: تتيح تحويل بروتوكولات CAN FD، و LIN، وشبكة Ethernet داخل السيارة وتوجيه البيانات، مما يسهل الاتصال بين مجالات السيارة ويدعم الاتصال عالي السرعة لشبكات السيارة

المعلومات والترفيه داخل السيارة (IVI): تستخدم لمشغل الشاشة، وفك تشفير الفيديو، ومعالجة الصوت، ومتوافقة مع شاشات التحكم المركزية داخل السيارة، ولوحات العدادات، وأنظمة الترفيه في المقاعد الخلفية

خامساً. ملخص شريحة

XA7S50-1FGGA484I

تُعد شريحة

XA7S50-1FGGA484I