彈性SoC方案為ADAS保駕護(hù)航

　　先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)是汽車電子產(chǎn)業(yè)成長的主要動能之一，為自動駕駛奠定了深厚的基礎(chǔ)。雖然全自動駕駛的實(shí)現(xiàn)還有待時日，但相關(guān)技術(shù)發(fā)展已為客戶帶來顯著的好處，汽車OEM已開始推出高度復(fù)雜的ADAS系統(tǒng)以提高駕駛的安全性與舒適度，在目前的汽車產(chǎn)業(yè)中，先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）細(xì)分市場的成長得到到很多不同因素推動。

　　終端消費(fèi)者也已經(jīng)認(rèn)知到ADAS可應(yīng)用于不同交通狀況的優(yōu)勢，盡管到買家愿意花一大筆錢購買汽車周邊監(jiān)控設(shè)備前還需要一些時間，但如今似乎已能了解停車輔助系統(tǒng)或自動緊急煞車系統(tǒng)不僅能保命，還能防止低速交通事故，進(jìn)而減少經(jīng)濟(jì)損失。另一項(xiàng)推動因素是全自動駕駛技術(shù)的發(fā)展。全自動駕駛一開始只是汽車產(chǎn)業(yè)技術(shù)專家們討論的一個技術(shù)性話題而已，而現(xiàn)在Google等公司已經(jīng)進(jìn)軍這一領(lǐng)域， 并打造看似不切實(shí)際卻即將廣泛推廣的Robocars無人駕駛汽車。雖然Google獲得媒體的爭相報導(dǎo)，也不斷地推動ADAS技術(shù)的發(fā)展，但其技術(shù)如何 運(yùn)用到OEM汽車生產(chǎn)設(shè)置上仍是個問題，而消費(fèi)者在購買新車時勢必考慮到成本和外觀等因素。不過，Google等公司展示的所有技術(shù)對傳統(tǒng)汽車企業(yè)造成影響是無庸置疑的，而且增加壓力驅(qū)使傳統(tǒng)汽車企業(yè)必須在短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)這些技術(shù)。

　　ADAS市場與趨勢

　　ADAS對于汽車產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈又會產(chǎn)生什么影響？大多數(shù)OEM已經(jīng)規(guī)劃了全自動駕駛技術(shù)的發(fā)展藍(lán)圖。換言之，這些OEM已經(jīng)定義了一系列的應(yīng)用，打算從現(xiàn)在起到2025年之間陸續(xù)向終端消費(fèi)者推出；并隨之在這段期間內(nèi)不斷改進(jìn)ADAS特性與功能。業(yè)界廠商已經(jīng)看到ADAS技術(shù)在汽車上的一些發(fā)展演進(jìn)，例如停車輔助技術(shù)一開始只是保險桿轉(zhuǎn)角處內(nèi)建在停車或倒車時可協(xié)助駕駛?cè)祟A(yù)估車距的機(jī)械量油尺，接著很快地便出現(xiàn)聲音和視覺回饋的超音波傳感器，再來后視攝像頭開始取代或加強(qiáng)后置超音波傳感器，讓倒車和停車時更安全。

　　雖然有些人曾認(rèn)為超音波傳感器技術(shù)將會過時，然而采用多達(dá)12個超音波傳感器的自動停車輔助系統(tǒng)再次復(fù)蘇，且能準(zhǔn)確地測量停車空間，并讓駕駛?cè)藘H需操控煞車踏板和油門便能完成停車，而電子控制單元（ECU）則全面掌控方向盤?，F(xiàn)今OEM和一級供貨商已經(jīng)開始展示更先進(jìn)的自動停車系統(tǒng)，讓駕駛?cè)酥恍璋聪乱粋€按鈕，汽車就能完全自動停車，駕駛員甚至可在車外完成停車。在不遠(yuǎn)的未來，其他目前正在探討的概念將會變成現(xiàn)實(shí)，包括無人駕駛汽車自動找到停車位并停車入位。

　　PricewaterhouseCoopers全球汽車業(yè)務(wù)負(fù)責(zé)人Richard Hanna指出，對汽車領(lǐng)域的一級供貨商來說，這會帶來一些新的挑戰(zhàn)， OEM將對整合度更高的電子子系統(tǒng)更有要求。這樣的效應(yīng)在德國采埃孚公司（ZF Friedrichshafen AG）以124億美元收購美國天合汽車集團(tuán)（TRW Automotive），打造全球第二大汽車供貨商后更顯而易見。天合全球電子（TRW Global Electronics）公司副總裁Tolga Oal指出：“自動化功能是業(yè)界高度重視的技術(shù)，其需要提升傳感器、控制器、致動器以及冗余策略之間的整合度。”

　　傳統(tǒng)供應(yīng)ADAS的半導(dǎo)體企業(yè)也同樣面臨一些挑戰(zhàn)。當(dāng)每一代新產(chǎn)品對于系統(tǒng)智能的需求越來越高的同時，OEM和一級供貨商也希望降低組件和系統(tǒng)材料單成本，并提高系統(tǒng)級整合度。此外，非汽車市場出現(xiàn)疲軟，也因此推動許多半導(dǎo)體廠商積極進(jìn)軍汽車應(yīng)用領(lǐng)域以拓展新商機(jī)，包括信息娛樂/連接、ADAS和電子/混合動力等，這些領(lǐng)域至少在未來的幾年仍能有顯著的成長空間。

　　上述細(xì)分和次級細(xì)分市場都有各自的特點(diǎn)，即使可以讓信息娛樂產(chǎn)品包含消費(fèi)設(shè)備的功能，然而這種設(shè)備不可能用于動力系統(tǒng)應(yīng)用。對ADAS來說，要分析某種組件是否適用并不容易，因?yàn)橐C合考慮各種運(yùn)算效能、功耗以及功能安全性等要求，只是大多數(shù)消費(fèi)性電子等級的半導(dǎo)體組件產(chǎn)品都無法滿足這么高的要求。

　　為基于圖像的ADAS提供彈性SoC方案

　　為了克服這些挑戰(zhàn)，賽靈思（Xilinx）透過汽車（XA） 級Zynq-7000 All Programmable SoC，開發(fā)出既能在ARM Cortex-A9核心中進(jìn)行序列處理，又能在可編程設(shè)計(jì)邏輯架構(gòu)上進(jìn)行硬件加速平行處理的產(chǎn)品線；該產(chǎn)品線并通過了AEC-Q100的認(rèn)證。Zynq支持以軟件為中心的同質(zhì)架構(gòu)并提供優(yōu)化軟硬件分區(qū)以實(shí)現(xiàn)功能加速；與傳統(tǒng)的多芯片解決方案相比，能將整體系統(tǒng)效能提升130%以上。

　　Zynq 適用于ADAS平臺的原因在于以單芯片組件實(shí)現(xiàn)了兩種截然不同性質(zhì)的結(jié)合：具備雙ARM Cortex-A9核心的軟件處理功能（運(yùn)行速度高達(dá)667MHz），以及可編程邏輯（PL）架構(gòu)中FPGA的靈活性。處理系統(tǒng)（PS）的使用方法ASSP類似，能托管軟件算法，如支持實(shí)時圖形分析。而PL則能托管定制化的硬件加速器，并能滿足對象感知、辨識、分類和追蹤等相關(guān)的密集型運(yùn)算功能要求；這種靈活性使開發(fā)人員能打造軟件和硬件加速器之間的優(yōu)化分區(qū)。

　　除此之外，PL還可用于圖像幀訊框擷取、去變形和拼接，也能產(chǎn)生圖形和覆蓋圖。開發(fā)人員透過PL便能擁有寶貴的資源來應(yīng)對預(yù)料之外的事件?？删幊踢壿嬛械钠叫杏布芙庸芟鄳?yīng)的任務(wù)，進(jìn)而減輕處理器的負(fù)載或降低功耗。

　　賽靈思也充分了解到汽車產(chǎn)業(yè)對于質(zhì)量和可靠性的要求，因此采用AEC-Q100驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)作為基本的汽車質(zhì)量規(guī)范基準(zhǔn)。從90納米的XA Spartan-3A系列開始，賽靈思便根據(jù)內(nèi)部制定的「超越AEC-Q100計(jì)劃」嚴(yán)格展開測試工作，均采用業(yè)界最嚴(yán)格的汽車一級標(biāo)準(zhǔn)和OEM廠商要求，諸多環(huán)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格程度甚至達(dá)到AEC-Q100的兩倍。賽靈思因此能對于可能出現(xiàn)的故障機(jī)制充分了解，并推出高質(zhì)量及高健碩性的XA產(chǎn)品。從功能安全性角度看，賽靈思的工具鏈獲得TUV SUD的認(rèn)證，且目前量產(chǎn)的ASIL-B圖像系統(tǒng)廣泛采用XA Zynq。

　　利用LogiADAK快取啟動

　　賽靈思并與聯(lián)盟成員Xylon合作推出logiADAK自動駕駛輔助套件參考平臺。最新版logiADAK 3.0平臺以賽靈思Zynq-7000 All Programmable SoC ZC706開發(fā)板為基礎(chǔ)，包含所有基本的硬件、設(shè)計(jì)工具、IP和預(yù)認(rèn)證參考設(shè)計(jì)。

　　該參考設(shè)計(jì)包含提供豐富的定制化檢視模式的后視攝影機(jī)等應(yīng)用，內(nèi)有后交叉路徑指針和拖車掛接模式，而前置攝影機(jī)功能包括偵測行人以避免碰撞、車道偏離警示、光學(xué)流演算的盲點(diǎn)偵測以及360度環(huán)景3D和鳥瞰檢視模式視圖。針對360度環(huán)景顯示應(yīng)用，該平臺支持多達(dá)6個攝像頭，進(jìn)而開發(fā)適合商用卡車或巴士等大型車輛的系統(tǒng)。

　　logiADAK平臺不僅適用于實(shí)驗(yàn)室測試，也能簡易地整合在車輛中用于多攝影機(jī)系統(tǒng)和算法的原型設(shè)計(jì)測試。

　　然而ADAS視覺系統(tǒng)中，特別是環(huán)視系統(tǒng)的一個常見問題就是攝影機(jī)安裝在車輛上之后可能無法完全校正，而且這在生產(chǎn)和維修時的問題尤其嚴(yán)重。隨著系統(tǒng)中攝像頭數(shù)量越多，該問題也變得越來越復(fù)雜，現(xiàn)在環(huán)視系統(tǒng)通常要包括4臺甚至6臺攝像頭，通過不同攝像頭構(gòu)建統(tǒng)一畫面的任務(wù)變得更加困難也更費(fèi)時。由于適度的校正關(guān)系到系統(tǒng)精確度，因此在logiADAK 3.0中增加了logiOWL自動化實(shí)時拼接校正IP（圖2）。

　　盡管系統(tǒng)已嵌入于車輛內(nèi)，但自動化校正算法可直接在Zynq組件上執(zhí)行，且拼接處出良好的拼接環(huán)視影像所需的時間不超過10秒。除此之外，無需特殊的校正，也能由未受過訓(xùn)練的人員進(jìn)行相關(guān)工作，進(jìn)而大幅簡化校正工作并降低成本。