前座駕駛員

圖2  SH-Navi2V(也稱作SH7774汽車導航系統(tǒng))的結(jié)構(gòu)圖顯示通過瑞薩科技SuperHyway 64位總線連接到IMP圖像識別引擎速度提升的SH-4A內(nèi)核。這個總線經(jīng)過設置還可以把兩個內(nèi)核連接到DDR2(DDR600)外部內(nèi)存

　　它能夠與64位DDR外部內(nèi)存通信。從內(nèi)部總線可以看出芯片的外設和圖像加速器之間通信速度：一個50MHz 32位總線對于速度較慢的外設(包括GPS)是足夠的，一個100MHz 32位總線用于視頻、USB和顯示。SH-4A的內(nèi)核和3D圖像加速器相互連接，并且通過瑞薩200MHz時鐘速度的SuperHyway 64位總線連接到100MHz DDR總線。內(nèi)存總線和速度更高的內(nèi)部連接在時鐘頻率上的不同表明，400MHz SH-4A內(nèi)核的通信量在一邊，3D圖像和外設總線的通信量在另一邊。除了SH-4A內(nèi)核提供的緩存之外，我們感到意外的是沒有片上內(nèi)存。連接SRAM、閃存以及外部音頻codec的外部32位總線表明，這種與SH-Navi1 (SH7770)相同的配置可能最初就是有意為之的，針對的是需要不同層次的性能和更少外設的應用。

　　SH-Navi系列芯片和SH架構(gòu)的設計是為了在汽車應用允許的最大功耗的情況下提供最高性能。根據(jù)系統(tǒng)的類型，最大功耗范圍是3W至5W。在手機中使用的SH-Mobile系列處理器中，另外采用了一種低功率SH架構(gòu)用以處理應用程序。在不同的家庭信息/娛樂設備中，SH-Navi1很容易提供“控制器-codec-顯示”功能。它的核心SH-4 A事實上已經(jīng)用于多媒體應用。

　　據(jù)瑞薩科技稱，SH-Navi1能夠用于導航，例如處理和顯示地圖和實時GPS定位等。它能夠執(zhí)行路徑計算，考慮駕駛員的偏愛和交通數(shù)據(jù)，以2D和3D圖像提供周圍環(huán)境的細節(jié)，幫助駕駛員解釋來自SH-Navi1的指令。

　　SH-Navi1芯片主要可以作為信息娛樂應用中的控制器，如電視接收、DVD播放以及作為音樂錄音機和/播放機(MP3/AAC)。芯片的Telematic應用包括藍牙連接、應急電話/信號、語音合成與識別等。如果SH-Navi1需要同時執(zhí)行多個應用，如導航應用、語音合成和語音識別，只有對字典中少數(shù)不常用的詞匯進行語音識別時，SH-Navi1的性能才會達到極限。語音識別對話中的上下文需要大概400MHz的CPU。

　　與SH-Navi1相比，瑞薩科技90納米的SH-Navi2V新型芯片絕不是前一個版本(見圖2)的簡單升級，而是技術上的一次飛躍。據(jù)瑞薩科技在網(wǎng)站上介紹稱，SH-Navi2V (SH7774)既不是對當前版本芯片的最后一次改進，也不是公司這類處理器的最后一代。瑞薩科技網(wǎng)站披露的計劃顯示，該公司計劃在2009~2011年推出SH-Navi3和SH-Navi4芯片。SH-Navi3和后續(xù)芯片將采用SH-4A多核CPU。

　　與SH-Navi1一樣，SH-Navi2V是圍繞雙向超標量體系SH-4A結(jié)構(gòu)設計的。SH-4A是SH-Navi2V的8級管線內(nèi)核，把工作頻率從400MHz提高到600MHz。其他少量的管線可以幫助把功耗保持在合理的水平。SH-4A內(nèi)核擔負著執(zhí)行導航軟件程序以及包括判斷和數(shù)據(jù)傳輸在內(nèi)的高水平的圖像應用程序代碼，它把性能需求較高的圖像任務交給圖像識別引擎，即便是更高頻率的SH-A4或是一個簡單的DSP都不能支持圖像識別引擎的工作任務。

　　據(jù)瑞薩科技稱，車道識別需要相當于300MIPS到600MIPS的性能，空閑的可(最高到600MIPS)用于識別交通警示牌和速度限制。車輛和行人探測需要更高的要求，大概6000MIPS。對駕駛員眼睛焦點的監(jiān)測和處理可能需要8000MIPS。

　　為了在設計功率和成本范圍之內(nèi)提供最高性能，SH-Navi2V架構(gòu)必須做出一些犧牲，把圖像處理引擎與SH-4A結(jié)合起來：去掉了SH-Navi1原來帶有的3D圖像加速器，包括USB和GPS在內(nèi)的許多外設轉(zhuǎn)到外部ASIC上。對比SH-Navi2V和SH-Navi1，我們發(fā)現(xiàn)，除了圖像處理引擎之外，這個芯片還增加了新功能：以太網(wǎng)和GPIO等外設以及用于拷貝CD的AACx8實時編碼器。AAC將作為下一代音頻編碼取代MP3。SH-Navi1首先不是一個完整的系統(tǒng)芯片，但是這種芯片的某些功能符合瑞薩把它用于汽車應用的意圖。相比之下，SH-Navi2V擁有更通用的配置，增加了內(nèi)存和內(nèi)部加速器。新配置使得SH-Navi2 V (SH7774)還能適用與家庭、安全和工業(yè)應用。

　
圖3(a)瑞薩科技灰度搜索引擎單元(GSEU)內(nèi)核是一個MIDI架構(gòu)，設置為16 x AREA的四處理器GSEU。這個灰度搜索引擎單元工作速度為300MHz。如果不需要執(zhí)行其它內(nèi)核，它能夠提供每秒48億相關步(Correlation steps)。
(b)結(jié)構(gòu)圖顯示了GSEU處理引擎和輔助的預處理和后處理器單元、用于補償光和圖像對比度的矩形圖單元和重要的標記單元

　　90納米的SH-Navi2V內(nèi)部邏輯芯片的供電電壓為1.1V，外部接口使用3.3V和1.8V電源。以600MHz頻率運行時，瑞薩自己預計這種雙向超標量體系結(jié)構(gòu)的SH-4A內(nèi)核可以達到1080mips和4.2GFLOP。它的浮點單位可以用在4個寬矢量和1個矢量雙精度的浮點運算。除了用于指令和數(shù)據(jù)的四路組相聯(lián)32KB單獨緩存之外，SH-4A能夠訪問總?cè)萘繛?52KB的片上內(nèi)存和DDR2外部內(nèi)存。SH-Navi2V芯片有兩種節(jié)電模式：睡眠和后備電源，僅向內(nèi)存供電以保持機器的狀態(tài)和程序數(shù)據(jù)。

以38.4GOPS的速度進行圖像識別

　　除了能夠同時在SH-4A內(nèi)核和輔助加速器上運行代碼之外，SH-Navi2V能夠以38.4GOPS的速度執(zhí)行圖像識別算法。在這個性能的水平上，芯片能夠幫助駕駛員使用導航系統(tǒng)中的地圖數(shù)據(jù)庫識別汽車的準確位置，或者辨別汽車正在行駛的車道。如果車道是采用凸起的方式繪制的話，H-Navi2V還能夠識別車道的邊界。并且可以識別交通信號，例如限速的標識和警告路況的警示標志。芯片的SoC設計賦予了圖像識別引擎幫助接管剎車和方向盤的功能。

　　圖像識別功能包含了一個可部分編程的硬線邏輯配置，相當于一個64位的并行處理器GSEU(灰度搜索引擎單元)，專門設計用作完成70%至90%的處理工作。該圖像識別引擎的API(應用程序編程接口)能夠調(diào)用接近200種DSP內(nèi)核，處理兩個攝像機的圖像拍攝。這個正在考慮之中的系統(tǒng)不使用立體圖像，但是，圖像識別引擎能夠用于立體圖像的工作。

　　圖像識別引擎可以實時執(zhí)行的典型功能之一是歸一相關法(Normalized Correlation)。歸一化相關法在文獻資料中也可以找到，稱作“歸一化互相關(Normalized Cross-Correlation)”和“模板圖象匹配的互相關(Template Matching by Cross-Correlation)”或者“歸一化灰度相關法(Normalized Gray-Scale Correlation, NGC)”。后兩個定義合在一起可能是對這個功能的最好解釋，可幫助識別路標、車輛和其他要必須識別的形狀。NGC主要用于車輛跟蹤功能，輸入端是一個預處理過的8位灰度圖像，過濾后僅僅保留用于某些特性用于搜索和與具體參考圖像進行對比用。這些參考圖像是一些模板，例如，可以幫助處理器區(qū)分出長方形的交通標志牌和類似形狀的路邊廣告牌。這種2D(空間)模板存儲在庫中，就如同把詞匯存儲在詞典中供計算機解釋語音指令一樣。在基于視頻的圖像識別中，這種工作將更復雜，因為影像的運動以及更新、翻譯和預測交通狀況的需求。