用于輔助駕駛系統(tǒng)的可編程平臺的開發(fā)和應(yīng)用

XtremeDSP 實時圖像處理

　　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還具有可利用準確的MAC陣列來滿足計算要求的額外優(yōu)點。這些特性對于完成圖像計算非常理想。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）進行并行計算，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，因為現(xiàn)在可實時處理。

　　除了實時性能以外，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）。這一點非常重要，因為目前的輔助駕駛系統(tǒng)仍然處于早期研發(fā)階段。隨著邊沿和目標檢測算法的不斷改進，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)議中哪種標準將是最成功的，或者哪些標準能夠為自己帶來最大的好處。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)議就是藍牙。藍牙無線技術(shù)是一種用于移動設(shè)備和WAN/LAN接入點的低成本、低功耗的短距離射頻技術(shù)。這種源于計算和電信行業(yè)的標準描述了手機、計算機和PDA等設(shè)備之間如何利用一種短距離無線連接實現(xiàn)方便的互連。

　　例如，駕駛員可以利用藍牙無繩耳機與口袋中的手機通信。因此可避免司機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）來定義藍牙汽車標準。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。藍牙在汽車中應(yīng)用的一個例子Johnson Controls公司的免提手機系統(tǒng)“BlueConnect”，該系統(tǒng)允許司機在雙手扶住方向盤的情況下通過支持藍牙功能的手機保持聯(lián)系。

　　然而，藍牙器件的長期支持還存在問題，同時車內(nèi)環(huán)境噪聲對于藍牙設(shè)備工作的影響也需要認真考慮。轎車和其他車輛的壽命要比消費類產(chǎn)品或手機長得多，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，克萊斯勒集團展出了應(yīng)用了藍牙技術(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，這一點特別有用。當(dāng)試圖快速將產(chǎn)品推向市場時，芯片組或ASIC重新設(shè)計即成本昂貴又耗費時間。在標準實現(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)計時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，因此不需要成本高昂的派工費用或額外的人力就可以通過遠程維護完成硬件修改。

　　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)計人員的需要，賽靈思（Xilinx）公司推出了一系列支持擴展工業(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。在未來的幾個月時間里，IQ溫度范圍器件將會擴展包括密度高達30萬門的FPGA器件，以及密度高達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，同時又不希望犧牲在目標檢測和汽車網(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)連接標準支持能力，同時為系統(tǒng)設(shè)計師提供了一個完全靈活的設(shè)計平臺。通過可實時工作的此類系統(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。