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(chǎn)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(chǎn)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(jīng)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(jīng)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(chǎn)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(jīng)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(chǎn)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(nèi)實現(xiàn)這些技術。

　　ADAS市場與趨勢

　　ADAS對于汽車產(chǎn)業(yè)供應鏈又會產(chǎn)生什么影響？大多數(shù)OEM已經(jīng)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(jīng)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(nèi)不斷改進ADAS特性與功能。業(yè)界廠商已經(jīng)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(nèi)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(jīng)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)品線；該產(chǎn)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(chǎn)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?，進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(chǎn)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(nèi)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(chǎn)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(chǎn)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(nèi)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(chǎn)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(nèi)，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。