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CrossLink-NX FPGA用于汽车嵌入式视觉应用

CrossLink-NX FPGAs for Automotive Embedded Vision Applications
Posted 03/31/2021 by JP Singh

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世界各国都要求汽车制造商安装各类先进的驾驶辅助系统(ADAS)功能。这些ADAS功能需要通过使用各类传感器(包括图像传感器(摄像头)、LiDAR、雷达、超声波和远红外(FIR))来实现复杂的检测功能。实际上,行业分析公司P&S Intelligence的数据显示,“截至2030年,预计全球ADAS传感器市场规模将达到408亿美元,在2020-2030年间的复合年增长率高达11.7%... ”

以下是当前相对典型的汽车及其传感器示意图,每个扇区代表了ADAS应用中不同传感器所覆盖的区域。

A typical complement of automotive sensors used for ADAS applications.
用于ADAS应用的典型汽车传感器。

摄像头可以采集道路和周围环境的高清图像,由车载计算机进行解析,但是这些图像仅限于摄像头在可见光下“看到”的图像。同时,由于雾和雨等环境因素,这些图像的质量可能会降低。雷达和超声波设备生成无线电和音频脉冲,并接收从物体反射的信号。这些传感器可在所有天气条件下工作,但不能用于区分不同类型的物体。同样,LiDAR设备会产生光脉冲并接收反射信号。除了观察车道标识等道路特征外,LiDAR传感器(可在明亮和黑暗的条件下工作)还可用于检测动物、行人和其他车辆。与此同时,远红外热传感器能够采集物体发出的红外辐射,能在黑暗环境下工作,可用于区分有生命的物体和无生命的物体。所有这些传感器的信号都必须经过处理。在许多情况下,传感器数据还需要通过一个或多个车载显示器显示给驾驶员。

来自多个传感器的信息通常需要经过传感器融合这一步骤进行合并。车舱内部应用(例如,手势识别)、ADAS应用和车载信息娱乐(IVI)应用(如电子镜、后视/备份系统)越来越多地需要采用相当程度的人工智能(AI)和机器学习(ML)。实际上,根据预测,最快截至2025年,人工智能将在大多数ADAS和IVI系统中使用。这给汽车系统设计人员带来了挑战,因为要支持多个传感器并处理它们生成的数据需要使用拥有多个I/O和强大处理能力的应用处理器(AP),而这类处理器通常价格较高。为了帮助降低ADAS系统的总体成本,设计人员可以考虑替代CPU和GPU等常用于ADAS系统硬件平台的昂贵处理器。一种方案是组合使用功能较弱的应用处理器(I/O更少处理能力更低,从而降低成本)和低功耗嵌入式视觉IC(如Lattice CrossLink™-NX FPGA)。

在这种解决方案中,大多数传感器数据都由FPGA进行预处理,因此AP可以将其处理资源集中用于实现ADAS系统的AI功能。CrossLink-NX FPGA可以合并各类传感器数据流,并通过传感器聚合的过程将其发送到AP,从而降低其需要支持的I/O数量。在其他情况下,例如获取视频信号并用来驱动多个显示屏,CrossLink-NX可以通过分屏显示的过程来复制视频数据流。此外,对于需要冗余数据、对安全性要求严苛的系统,可以使用单个CrossLink-NX FPGA器件将来自一个或多个传感器的数据复制并发送到多个AP。

开发人员可能会问,在他们的设计中添加另一个IC对功耗和设计尺寸有什么影响。他们无需担心,因为CrossLink-NX FPGA是基于莱迪思Nexus™ FPGA平台开发,与同类FPGA竞品相比,功耗降低最多75%,并且采用小封装,尺寸仅为6 x 6毫米。CrossLink-NX FPGA还支持各类高速接口,包括两个专用的4通道MIPI D-PHY收发器,每个收发器速率高达10 Gbps,为视觉处理、传感器处理和AI推理应用提供行业领先的性能。

CrossLink-NX FPGA还拥有比同类FPGA低100倍的软错误率(SER),使其成为ADAS这类必须安全可靠运行的关键任务应用的不二之选。此外,CrossLink-NX FPGA现在已通过AEC-Q100 2级(TA = 105°C)认证,无疑是汽车应用的理想选择。

最后,莱迪思mVision™sensAI™解决方案集合已充分支持CrossLink-NX FPGA。这些解决方案集合将为开发人员提供模块化硬件平台、参考设计、神经网络IP核和定制设计服务来加速和简化汽车视觉系统设计,大大减少了实现汽车嵌入式视觉应用所需的时间和工程专业知识。

Automotive applications enabled by the mVision and sensAI solution stacks.
mVision和sensAI解决方案集合支持的汽车应用

莱迪思mVision解决方案集合包括了嵌入式视觉系统设计人员用于评估、开发和部署基于FPGA的嵌入式视觉应用(例如机器视觉、机器人、ADAS、视频监控和无人机)所需的全部资源。同时,功能全面的莱迪思sensAI解决方案集合也包括了用于评估、开发和部署基于FPGA的AI/ML应用所需的全部资源。

总而言之,莱迪思使用符合AEC-Q100标准的CrossLink-NX FPGA实现汽车应用,其亮点包括低功耗(28纳米工艺具有很大的能耗优势)、高可靠性(同类FPGA最佳)、高性能(10Gbps MIPI、SERDES和行业领先的I/O)、小尺寸(在不降低性能的同时节约电路板的面积)、高安全性(符合ISO 21434准则和NIST SP 800-193规范)、高功能安全性(计划开发符合ISO 26262 FuSa规范的FPGA工具链,用于对安全性要求高的应用)和低成本特性全面等。我们正在见证汽车ADAS/IVI应用黄金时代的到来。

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