用于輔助駕駛系統(tǒng)的可編程平臺的開發(fā)和應(yīng)用

XtremeDSP 實(shí)時(shí)圖像處理

　　那么為什么Xilinx FPGA能夠提供比傳統(tǒng)DSP更快的視頻處理性能呢？最根本的原因是由于FPGA結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的并行處理。來自Xilinx的最新Vir tex- Pro系列器件還集成有嵌入式高性能乘法器模塊陣列，可以進(jìn)一步提高圖像處理的能力。與此相對比，DSP處理器順序執(zhí)行指令和數(shù)據(jù)，并且以串行方式處理他們。因此FPGA可配置為能夠并行執(zhí)行多個操作（在單個時(shí)鐘周期內(nèi)）的乘法累加（MAC）單元陣列，而不是像傳統(tǒng)的DSP中那樣需要多個時(shí)鐘周期才能在一個或少量MAC單元中執(zhí)行完畢。

　　Xilinx FPGA還具有可利用準(zhǔn)確的MAC陣列來滿足計(jì)算要求的額外優(yōu)點(diǎn)。這些特性對于完成圖像計(jì)算非常理想。這樣就可對圖像中的多個像素簇（如離散余弦變換（DCT）的宏塊）進(jìn)行并行計(jì)算，而不必依序掃描整個圖像。FPGA性能的提高還帶來更多額外好處，例如，緩沖像素值所需要的存儲器數(shù)量可更小，因?yàn)楝F(xiàn)在可實(shí)時(shí)處理。

　　除了實(shí)時(shí)性能以外，Xilinx FPGA的可重編程能力還提供了優(yōu)異的系統(tǒng)靈活性，支持算法升級（即使在部署以后）。這一點(diǎn)非常重要，因?yàn)槟壳暗?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/輔助駕駛系統(tǒng)">輔助駕駛系統(tǒng)仍然處于早期研發(fā)階段。隨著邊沿和目標(biāo)檢測算法的不斷改進(jìn)，可在數(shù)分鐘中內(nèi)完成硬件升級，而且不需要重新設(shè)計(jì)電路板。

　　利用可編程外設(shè)橋接汽車網(wǎng)絡(luò)

　　隨著汽車中演化出真正小型網(wǎng)絡(luò)，設(shè)備制造商必須確定在眾多的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中哪種標(biāo)準(zhǔn)將是最成功的，或者哪些標(biāo)準(zhǔn)能夠?yàn)樽约簬碜畲蟮暮锰?。不同的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)被用來滿足汽車中的不同需要，從駕駛艙內(nèi)的多媒體范圍（面向多媒體的系統(tǒng)傳輸，MOST）直到汽車控制網(wǎng)絡(luò)（如FlexRay）。圖2中選擇了一種預(yù)驗(yàn)證的控制區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（CAN）接口內(nèi)核作為例子。

　　可應(yīng)用于車內(nèi)的一種此類新興網(wǎng)絡(luò)協(xié)議就是藍(lán)牙。藍(lán)牙無線技術(shù)是一種用于移動設(shè)備和WAN/LAN接入點(diǎn)的低成本、低功耗的短距離射頻技術(shù)。這種源于計(jì)算和電信行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)描述了手機(jī)、計(jì)算機(jī)和PDA等設(shè)備之間如何利用一種短距離無線連接實(shí)現(xiàn)方便的互連。

　　例如，駕駛員可以利用藍(lán)牙無繩耳機(jī)與口袋中的手機(jī)通信。因此可避免司機(jī)分心并提高了安全性。汽車工業(yè)成立了一個特殊興趣組（SIG）來定義藍(lán)牙汽車標(biāo)準(zhǔn)。該特殊興趣組的成員包括汽車多媒體接口協(xié)作組織(AMIC)、寶馬、戴姆勒-克萊斯勒、福特、通用汽車、豐田汽車以及大眾汽車有限公司等。藍(lán)牙在汽車中應(yīng)用的一個例子Johnson Controls公司的免提手機(jī)系統(tǒng)“BlueConnect”，該系統(tǒng)允許司機(jī)在雙手扶住方向盤的情況下通過支持藍(lán)牙功能的手機(jī)保持聯(lián)系。

　　然而，藍(lán)牙器件的長期支持還存在問題，同時(shí)車內(nèi)環(huán)境噪聲對于藍(lán)牙設(shè)備工作的影響也需要認(rèn)真考慮。轎車和其他車輛的壽命要比消費(fèi)類產(chǎn)品或手機(jī)長得多，因此芯片制造商必須解決由此而帶來的支持和服務(wù)生命期不匹配的問題。然而，最近在底特律舉辦的Convergence 2002展會上，克萊斯勒集團(tuán)展出了應(yīng)用了藍(lán)牙技術(shù)的汽車。

　　與采用ASSP相比，采用FPGA的最大好處之一是允許工程師設(shè)計(jì)出精確匹配系統(tǒng)要求的接口和外設(shè)。在開發(fā)的早期階段試圖連接到不同的汽車網(wǎng)絡(luò)時(shí)，這一點(diǎn)特別有用。當(dāng)試圖快速將產(chǎn)品推向市場時(shí)，芯片組或ASIC重新設(shè)計(jì)即成本昂貴又耗費(fèi)時(shí)間。在標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)的早期，如果網(wǎng)絡(luò)協(xié)議規(guī)格有所變化，為了支持最新的版本，在使用FPGA的設(shè)計(jì)時(shí)只需要簡單地修改軟件，然后再重新下載FPGA硬件配置就可以了。甚至還要以利用Xilinx IRL（因特網(wǎng)可重配置邏輯）通過廣域網(wǎng)來完成這一點(diǎn)，因此不需要成本高昂的派工費(fèi)用或額外的人力就可以通過遠(yuǎn)程維護(hù)完成硬件修改。

　　針對汽車應(yīng)用的Xilinx IQ解決方案

　　為滿足汽車電子設(shè)備設(shè)計(jì)人員的需要，賽靈思（Xilinx）公司推出了一系列支持?jǐn)U展工業(yè)溫度范圍的新器件。稱為“IQ”范圍的這些新器件包括Xilinx 目前符合擴(kuò)展溫度級（Q）要求的現(xiàn)有工業(yè)級（I）FPGA和CPLD（表1）。符合新的IQ溫度范圍要求的第一批器件是密度范圍從5K門至3K門的 Spartan-XL 3.3V FPGA，以及36和72宏單元的XC9500XL 3.3V CPLD。在未來的幾個月時(shí)間里，IQ溫度范圍器件將會擴(kuò)展包括密度高達(dá)30萬門的FPGA器件，以及密度高達(dá)512個宏單元的CPLD器件，如表2所示。

　　結(jié)論

　　輔助駕駛系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用需要高性能圖像處理，同時(shí)又不希望犧牲在目標(biāo)檢測和汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研發(fā)的早期階段所需要的靈活性。采用Xilinx FPGA作為此類系統(tǒng)的核心為業(yè)界提供了最佳的DSP性能和無與倫比的網(wǎng)絡(luò)連接標(biāo)準(zhǔn)支持能力，同時(shí)為系統(tǒng)設(shè)計(jì)師提供了一個完全靈活的設(shè)計(jì)平臺。通過可實(shí)時(shí)工作的此類系統(tǒng)，為駕駛?cè)藛T提供緊急駕駛告警或輔助車輛控制功能就成為可能，從而可大大提高車輛駕駛和乘座的安全性。