自動(dòng)駕駛路線之爭：純視覺方案vs多傳感器融合方案

【導(dǎo)讀】自1939年通用汽車公司面向全球展示世界上第一輛自動(dòng)駕駛概念車，此后的八十多年里，全球各大科技公司和車企陸續(xù)將傳感器、攝像頭、計(jì)算芯片、存儲芯片等塞進(jìn)車子里，并不斷在軌道、沙漠等特定場景下去嘗試自動(dòng)駕駛。時(shí)至今日，廠商已經(jīng)在一點(diǎn)點(diǎn)讓自動(dòng)駕駛滲透到家用車市場，并致力于在這個(gè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)更高級別的自動(dòng)駕駛。

然而，我們也能看到，在技術(shù)和方案推進(jìn)的過程中，自動(dòng)駕駛的實(shí)現(xiàn)方式出來了明顯的“派系之爭”。一派認(rèn)為應(yīng)該走視覺與雷達(dá)的融合路線；另一派則認(rèn)為純視覺實(shí)現(xiàn)就足夠了。派系之爭的根源是當(dāng)前每個(gè)廠商對自動(dòng)駕駛都有自己的理解，且都取得了一定的效果。當(dāng)然，通過貿(mào)澤電子網(wǎng)站上在售的、各種應(yīng)用于自動(dòng)駕駛的元器件，我們也發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)派系之間的一些共同點(diǎn)，比如靈活設(shè)計(jì)和性能冗余等。那么，接下來就讓我們展開聊一聊。

純視覺 VS 多傳感器融合

對于自動(dòng)駕駛，還有很多其他的叫法，比如無人駕駛、電腦駕駛汽車或者輪式機(jī)器人等等。這些名稱的核心要義是通過計(jì)算機(jī)與人工智能技術(shù)的融合，代替人類駕駛員，讓車子自行完成完整、安全、有效的駕駛行為。無疑，這種智能化的駕乘體驗(yàn)將會(huì)成為新時(shí)代汽車一個(gè)重要的賣點(diǎn)，吸引全球科技巨頭和車企紛紛投資布局。根據(jù)市場調(diào)研機(jī)構(gòu)IHS Markit的預(yù)測數(shù)據(jù)，2022年全球自動(dòng)駕駛汽車市場規(guī)模將達(dá)到1,629億美元，同比增長14%左右，預(yù)計(jì)2030年全球自動(dòng)駕駛汽車市場規(guī)模將達(dá)到32,197億美元，年復(fù)合增長率高達(dá)45.21％。

圖1：全球自動(dòng)駕駛汽車市場規(guī)模

（數(shù)據(jù)源自：IHS Markit）

在自動(dòng)駕駛的設(shè)想下，當(dāng)選定目的地后，汽車會(huì)利用導(dǎo)航系統(tǒng)規(guī)劃最佳路線，到達(dá)目的地，期間人類駕乘人員不需要為此分心，可以盡情享受科技帶來的便捷和舒適。然而，當(dāng)人類駕駛汽車時(shí)，我們都會(huì)用“眼觀六路耳聽八方”來描述駕駛員的狀態(tài)，因此自動(dòng)駕駛汽車需要具備比這更強(qiáng)的感知性能。環(huán)境感知與精準(zhǔn)定位、路徑規(guī)劃、線控執(zhí)行一起并稱自動(dòng)駕駛四大核心技術(shù)。當(dāng)汽車被置于社會(huì)應(yīng)用場景下時(shí)安全可靠的感知是不可或缺的。

在環(huán)境感知上，純視覺方案僅依靠攝像頭搜集環(huán)境信息，然后將圖片傳輸?shù)接?jì)算芯片進(jìn)行分析，比較像人類駕駛車輛，通過眼睛來捕捉周圍的信息，然后傳輸給大腦做決策。當(dāng)然，純視覺+AI的方案比人眼的視角更廣，通過大量的圖片信息讓汽車內(nèi)部的計(jì)算系統(tǒng)擁有以車子為中心的“上帝視角”。純視覺方案的優(yōu)點(diǎn)主要是，實(shí)現(xiàn)成本相對更低，更接近人類駕駛，通過高分辨率、高幀率的成像技術(shù)獲取的環(huán)境信息更加豐富；缺點(diǎn)主要是，攝像頭捕捉環(huán)境信息容易受到環(huán)境光的干擾，且純視覺方案對于圖像的處理更依賴訓(xùn)練，難免出現(xiàn)環(huán)境認(rèn)知的“死角”。目前，采用純視覺方案實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛的企業(yè)主要有特斯拉、百度和極氪等。

“多傳感器融合”方案則是通過攝像頭、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)等設(shè)備一起收集車輛的周邊信息。激光雷達(dá)的加入能夠獲取更深度的空間信息，對于物體的位置、距離和大小感知更準(zhǔn)確，且由于激光雷達(dá)是自發(fā)光并不受環(huán)境光影響。不過，“多傳感器融合”方案也有自己的局限性，激光雷達(dá)容易受到雨雪霧天氣的影響。由于激光雷達(dá)本身數(shù)千美元的硬成本，加上“多傳感器融合”往往對計(jì)算芯片有更高的算力要求，因此成本沒有優(yōu)勢。目前，采用“多傳感器融合”方案實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛的企業(yè)主要有小鵬、蔚來、極狐等。

兩大派系在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上，都是基于硬件來幫助汽車構(gòu)架自身周圍的3D信息，然后讓計(jì)算芯片提取關(guān)鍵信息來做出駕駛決定。未來，“純視覺”要解決的是光致盲和認(rèn)知錯(cuò)誤等問題，“多傳感器融合”本身的融合就是一大技術(shù)挑戰(zhàn)，且算法本身還得優(yōu)化，也需要更低成本的激光雷達(dá)產(chǎn)品。目前來看，兩大技術(shù)路線都還有很多潛能值得挖掘。

當(dāng)然，高級別自動(dòng)駕駛尚未打開家用這個(gè)大市場，路線之爭不僅是環(huán)境感知層面，還有單車智能和路車協(xié)同之間的爭議。但正如上文所述，元器件廠商對于自動(dòng)駕駛的支持都選擇了高靈活性和性能冗余等方式，給每一種實(shí)現(xiàn)方案都提供盡可能的支持。下面我們就著重為大家介紹幾款貿(mào)澤電子網(wǎng)站上在售的可應(yīng)用于自動(dòng)駕駛的元器件產(chǎn)品，幫助大家完成各種不同的自動(dòng)駕駛實(shí)現(xiàn)方案。

為下一代ADAS助力的FPGA

無論是傾向于怎樣的技術(shù)流派，對于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛而言，攝像頭都是必要的，它們充當(dāng)著汽車的“眼睛”。那么，我們第一款要推薦的方案就是可應(yīng)用于下一代ADAS開發(fā)的FPGA評估套件——UltraScale+? MPSoC ZCU102開發(fā)工具，它在視覺處理上非常出色，來自制造商AMD Xilinx，貿(mào)澤電子網(wǎng)站上的制造商編號為EK-U1-ZCU102-G-J。

圖2：MPSoC ZCU102評估套件

（圖源：AMD Xilinx）

MPSoC ZCU102開發(fā)工具采用Zynq UltraScale+ MPSoC器件，作為系統(tǒng)核心，該器件在核心配置、工藝架構(gòu)、器件尺寸、系統(tǒng)功耗、軟件支持和圖形處理等方面具有行業(yè)領(lǐng)先的產(chǎn)品特性。

圖3：Zynq UltraScale+ MPSoC器件系統(tǒng)框圖

（圖源：AMD Xilinx）

通過上方的系統(tǒng)框圖能夠看到，Zynq UltraScale+ MPSoC器件基于四核ARM? Cortex-A53和雙核Cortex-R5實(shí)時(shí)處理器打造，并搭配靈活應(yīng)變的內(nèi)存層級。異構(gòu)處理的產(chǎn)品設(shè)計(jì)加上器件本身的可編程特性，在提供更好性能的同時(shí)，允許工程師朋友多角度優(yōu)化自己的應(yīng)用。

16nm FinFET配合超小型化封裝讓Zynq UltraScale+ MPSoC器件擁有無與倫比的計(jì)算密度，不受應(yīng)用條件限制，并提供更好的信號完整性。

支持AI/ML的深度學(xué)習(xí)處理單元以及Mali-400 MP2圖形處理單元的存在，讓Zynq UltraScale+ MPSoC器件可以勝任下一代ADAS系統(tǒng)對于視覺系統(tǒng)和相關(guān)算法的高要求，H.264/H.265視頻編解碼器則進(jìn)一步提升了這方面的性能。同時(shí)，豐富的外設(shè)接口讓Zynq UltraScale+ MPSoC器件對支持“多傳感器融合”也是毫無壓力。

可以說，異構(gòu)、高性能、超小型、高算力的Zynq UltraScale+ MPSoC器件是一顆用于打造下一代ADAS應(yīng)用的理想器件，該器件所提供的64位處理器可擴(kuò)展性更是為方案設(shè)計(jì)帶來了無限可能。想要體現(xiàn)該器件非凡的魅力，MPSoC ZCU102評估套件無疑提供了出色的平臺。

圖4：MPSoC ZCU102評估套件系統(tǒng)框圖

（圖源：AMD Xilinx）

MPSoC ZCU102評估套件針對采用Zynq Ultrascale+ MPSoC的應(yīng)用原型設(shè)計(jì)進(jìn)行了優(yōu)化，包括下一代ADAS。如上圖所示，該評估套件支持Zynq Ultrascale+ MPSoC的全部主要外設(shè)和接口，比如PCIe根端口Gen2x4、USB3、顯示端口和SATA等，支持各種方案的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。

可用于ADAS原型設(shè)計(jì)的FPGA

在自動(dòng)駕駛推進(jìn)的過程中，我們看到，目前基本是廠商在主導(dǎo)技術(shù)路線之爭。而更進(jìn)一步來講，即便是相同的路線下，由于廠商對于各個(gè)ECU功能單元的界定不同，系統(tǒng)架構(gòu)和核心芯片的功能也會(huì)有差異。從元器件角度分析，由于每個(gè)公司對自動(dòng)駕駛的理解不同，產(chǎn)品設(shè)計(jì)理念也有很大差異。那么，如何才能高效找到更有市場競爭力的設(shè)計(jì)方案呢？接下來這款產(chǎn)品能夠幫到你。

下面我們?yōu)榇蠹医榻B的是來自制造商AMD Xilinx的另一款解決方案——Versal? AI Core系列VCK190評估套件，貿(mào)澤電子上，該產(chǎn)品的制造商編號為EK-VCK190-G-ED。

圖5：Versal? AI Core系列VCK190評估套件

（圖源：AMD Xilinx）

根據(jù)Xilinx Wiki的介紹，VCK190評估套件是第一個(gè) Versal? AI Core系列評估套件，可幫助設(shè)計(jì)者使用AI和DSP引擎開發(fā)解決方案。相較于服務(wù)器級CPU，這款評估套件的系統(tǒng)核心VC1902器件能夠提供超過100倍的計(jì)算力。

VCK190評估套件是一個(gè)“多面手”，工程師朋友既可以借助其廣泛的連接選項(xiàng)進(jìn)行快速應(yīng)用開發(fā)，包括數(shù)據(jù)中心計(jì)算、5G無線電與波束成形（DFE）、無線測試設(shè)備等。同時(shí)，也可以應(yīng)用于ADAS的原型開發(fā)。

針對ADAS的原型開發(fā)，AMD Xilinx提供專門的目標(biāo)參考設(shè)計(jì)，幫助實(shí)現(xiàn)汽車應(yīng)用的多傳感器視頻分析。在參考設(shè)計(jì)中，VCK190評估板上的圖像傳感器模塊能夠?qū)崟r(shí)接收信息傳遞并加速和攝像頭掛鉤的圖像傳感器信息，同時(shí)該評估板還支持其他汽車應(yīng)用中常見的AI/ML工作負(fù)載。

S32G2處理器幫助打造下一代網(wǎng)關(guān)

如上文所述，環(huán)境感知與精準(zhǔn)定位、路徑規(guī)劃、線控執(zhí)行并稱自動(dòng)駕駛四大核心技術(shù)。在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，“純視覺”是多組ECU對應(yīng)多組攝像頭，提取有用信息之后匯總到計(jì)算芯片上做決策；“多傳感器融合”則是不同的傳感器對應(yīng)不同的ECU模塊單元，最終依然需要將提取之后的信息發(fā)送到計(jì)算芯片上進(jìn)行運(yùn)算。在車輛外部，車聯(lián)網(wǎng)的概念讓部分信息需要上傳到云端，實(shí)現(xiàn)汽車作為邊端的邊云通信。那么，在此過程中，網(wǎng)關(guān)配置就顯得尤為重要，用來幫助提高實(shí)時(shí)性處理和安全性。

接下來，我們要重點(diǎn)介紹的這款元器件便是可用于實(shí)現(xiàn)下一代汽車網(wǎng)關(guān)和架構(gòu)的S32G2汽車網(wǎng)絡(luò)微處理器，來自制造商N(yùn)XP Semiconductors，大家可以通過搜索制造商編號S32G274AABK0VUCT在貿(mào)澤電子網(wǎng)站上精準(zhǔn)找到它。

S32G2微處理器是NXP在汽車網(wǎng)關(guān)設(shè)備系列中的升級產(chǎn)品，基于四核Arm? Cortex?-A53應(yīng)用處理器打造，性能和網(wǎng)絡(luò)加速能力是該公司此前產(chǎn)品的10倍以上。能夠?qū)崿F(xiàn)如此大的性能跨越，得益于該器件先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念。S32G2處理器帶可選的兩兩鎖步功能，用于處理高算力的應(yīng)用和服務(wù)，其中3個(gè)Arm Cortex-M7全鎖步內(nèi)核，用于處理實(shí)時(shí)應(yīng)用。以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)引擎（PFE）、低延遲通信引擎（LLCE）以及硬件安全引擎（HSE）三大硬件加速器的存在，讓汽車網(wǎng)絡(luò)傳輸更快、更安全。

圖6：S32G2汽車網(wǎng)絡(luò)微處理器系統(tǒng)框圖

（圖源：NXP）

安全是S32G2處理器的一大產(chǎn)品特色，除了所提到的硬件加速器，還提供支持實(shí)現(xiàn)ASIL D功能安全的片上硬件模塊和軟件庫。在可選的高級軟件方案中，還提供可用于功能安全實(shí)現(xiàn)的S32安全軟件框架和用于Cortex-A53內(nèi)核的結(jié)構(gòu)內(nèi)核自測（SCST），帶來更高級的信息安全和功能安全體驗(yàn)。

總體而言，在域控制器、汽車網(wǎng)絡(luò)和安全處理器等方面，多功能的S32G2處理器都是絕佳選擇。

滿足多種汽車應(yīng)用的圖像傳感器

在技術(shù)路線的解讀中我們看到，無論走怎樣的發(fā)展路線，攝像頭都是自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中必須要有的一部分，統(tǒng)稱為視覺系統(tǒng)。接下來，我們?yōu)榇蠹医榻B的這款器件是可用于ADAS、自動(dòng)駕駛、環(huán)視、倒車攝像頭、車艙內(nèi)監(jiān)測等諸多汽車應(yīng)用的圖像傳感器，來自制造商安森美(onsemi)，貿(mào)澤電子上的制造商編號為ASX340AT2C00XPED0-DPBR2。

ASX340AT圖像傳感器是安森美圖像傳感器解決方案中的一個(gè)系列，主要面向汽車應(yīng)用市場，適用于后視攝像頭、盲點(diǎn)監(jiān)控和環(huán)視等應(yīng)用。

ASX340AT系列是VGA格式的單芯片CMOS有源像素?cái)?shù)字圖像傳感器，具有優(yōu)質(zhì)圖像傳感器的內(nèi)在優(yōu)點(diǎn)，比如低噪聲、低功耗和集成優(yōu)勢等，提供了多種攝像頭功能，包括自動(dòng)聚焦、自動(dòng)白平衡和自動(dòng)曝光。值得注意的是，ASX340AT系列是一款完整的片上攝像系統(tǒng)，在片上集成了復(fù)雜的攝像頭功能，讓集成商能夠在無需額外處理芯片的情況下設(shè)計(jì)后視攝像頭系統(tǒng)。

圖7：ASX340AT系列內(nèi)部框圖

（圖源：安森美）

除了ASX340AT系列，整個(gè)安森美圖像傳感器解決方案是全面的圖像檢測產(chǎn)品組合，支持VGA至超過50MP的分辨率以及CMOS和CCD技術(shù)，可覆蓋汽車、工業(yè)、消費(fèi)領(lǐng)域的各種應(yīng)用。目前，該組合中新款5個(gè)系列圖像傳感器都在貿(mào)澤電子分銷，幫助工程師朋友實(shí)現(xiàn)前沿應(yīng)用創(chuàng)新。

路線之爭持續(xù)，但目標(biāo)只有一個(gè)

無疑，在未來很長的一段時(shí)間內(nèi)，關(guān)于如何實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛，依然會(huì)存在派系之爭，無論是環(huán)境感知，還是整體方案的實(shí)現(xiàn)。不過，純視覺方案在未來將逐漸丟失先發(fā)優(yōu)勢，且由于方案的局限性較為明顯，預(yù)計(jì)會(huì)有越來越多的廠商擁抱“多傳感器融合”方案，尤其是在更高階的自動(dòng)駕駛領(lǐng)域。當(dāng)然，無論如何實(shí)現(xiàn)，最終目標(biāo)只有一個(gè)——讓汽車駕駛更安全。為實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，廠商需要用更好的硬件方案去適配更智能的軟件算法，而這正是貿(mào)澤電子能夠幫到廣大工程師朋友的地方，通過海量的原廠授權(quán)器件，讓大家高效、優(yōu)質(zhì)地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛或輔助駕駛的硬件部分。

來源：貿(mào)澤電子