彈性SoC方案為ADAS保駕護航

　　先進駕駛輔助系統(tǒng)是汽車電子產業(yè)成長的主要動能之一，為自動駕駛奠定了深厚的基礎。雖然全自動駕駛的實現(xiàn)還有待時日，但相關技術發(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，在目前的汽車產業(yè)中，先進駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）細分市場的成長得到到很多不同因素推動。

　　終端消費者也已經認知到ADAS可應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，進而減少經濟損失。另一項推動因素是全自動駕駛技術的發(fā)展。全自動駕駛一開始只是汽車產業(yè)技術專家們討論的一個技術性話題而已，而現(xiàn)在Google等公司已經進軍這一領域， 并打造看似不切實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，也不斷地推動ADAS技術的發(fā)展，但其技術如何 運用到OEM汽車生產設置上仍是個問題，而消費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，而且增加壓力驅使傳統(tǒng)汽車企業(yè)必須在短期內實現(xiàn)這些技術。

　　ADAS市場與趨勢

　　ADAS對于汽車產業(yè)供應鏈又會產生什么影響？大多數(shù)OEM已經規(guī)劃了全自動駕駛技術的發(fā)展藍圖。換言之，這些OEM已經定義了一系列的應用，打算從現(xiàn)在起到2025年之間陸續(xù)向終端消費者推出；并隨之在這段期間內不斷改進ADAS特性與功能。業(yè)界廠商已經看到ADAS技術在汽車上的一些發(fā)展演進，例如停車輔助技術一開始只是保險桿轉角處內建在停車或倒車時可協(xié)助駕駛人預估車距的機械量油尺，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。

　　雖然有些人曾認為超音波傳感器技術將會過時，然而采用多達12個超音波傳感器的自動停車輔助系統(tǒng)再次復蘇，且能準確地測量停車空間，并讓駕駛人僅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和一級供貨商已經開始展示更先進的自動停車系統(tǒng)，讓駕駛人只需按下一個按鈕，汽車就能完全自動停車，駕駛員甚至可在車外完成停車。在不遠的未來，其他目前正在探討的概念將會變成現(xiàn)實，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)務負責人Richard Hanna指出，對汽車領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（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，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ADAS的半導體企業(yè)也同樣面臨一些挑戰(zhàn)。當每一代新產品對于系統(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體廠商積極進軍汽車應用領域以拓展新商機，包括信息娛樂/連接、ADAS和電子/混合動力等，這些領域至少在未來的幾年仍能有顯著的成長空間。

　　上述細分和次級細分市場都有各自的特點，即使可以讓信息娛樂產品包含消費設備的功能，然而這種設備不可能用于動力系統(tǒng)應用。對ADAS來說，要分析某種組件是否適用并不容易，因為要綜合考慮各種運算效能、功耗以及功能安全性等要求，只是大多數(shù)消費性電子等級的半導體組件產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核心中進行序列處理，又能在可編程設計邏輯架構上進行硬件加速平行處理的產品線；該產品線并通過了AEC-Q100的認證。Zynq支持以軟件為中心的同質架構并提供優(yōu)化軟硬件分區(qū)以實現(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現(xiàn)了兩種截然不同性質的結合：具備雙ARM Cortex-A9核心的軟件處理功能（運行速度高達667MHz），以及可編程邏輯（PL）架構中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、分類和追蹤等相關的密集型運算功能要求；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對預料之外的事件?？删幊踢壿嬛械钠叫杏布芙庸芟鄳娜蝿眨M而減輕處理器的負載或降低功耗。

　　賽靈思也充分了解到汽車產業(yè)對于質量和可靠性的要求，因此采用AEC-Q100驗證標準作為基本的汽車質量規(guī)范基準。從90納米的XA Spartan-3A系列開始，賽靈思便根據(jù)內部制定的「超越AEC-Q100計劃」嚴格展開測試工作，均采用業(yè)界最嚴格的汽車一級標準和OEM廠商要求，諸多環(huán)節(jié)標準嚴格程度甚至達到AEC-Q100的兩倍。賽靈思因此能對于可能出現(xiàn)的故障機制充分了解，并推出高質量及高健碩性的XA產品。從功能安全性角度看，賽靈思的工具鏈獲得TUV SUD的認證，且目前量產的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，包含所有基本的硬件、設計工具、IP和預認證參考設計。

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

　　logiADAK平臺不僅適用于實驗室測試，也能簡易地整合在車輛中用于多攝影機系統(tǒng)和算法的原型設計測試。

　　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安裝在車輛上之后可能無法完全校正，而且這在生產和維修時的問題尤其嚴重。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，通過不同攝像頭構建統(tǒng)一畫面的任務變得更加困難也更費時。由于適度的校正關系到系統(tǒng)精確度，因此在logiADAK 3.0中增加了logiOWL自動化實時拼接校正IP（圖2）。

　　盡管系統(tǒng)已嵌入于車輛內，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，也能由未受過訓練的人員進行相關工作，進而大幅簡化校正工作并降低成本。