如何選擇嵌入式系統中的視覺(jué)處理技術(shù)
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任何處理器在理論上都可以用于嵌入式視覺(jué)，目前最有可能的類(lèi)型是：
●高性能嵌入式CPU
●專(zhuān)用標準產(chǎn)品(ASSP)與CPU相結合
●具有CPU的圖形處理單元(GPU)
●具有加速器以及CPU的數字信號處理器
●移動(dòng)“應用處理器”
●具有CPU的現場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)
各類(lèi)處理器，及其在嵌入式視覺(jué)應用上的關(guān)鍵優(yōu)缺點(diǎn)
高性能嵌入式CPU
在很多情況下，嵌入式CPU不能提供足夠的性能實(shí)現要求較高的視覺(jué)算法——也不能夠以可以接受的價(jià)格或者功耗來(lái)滿(mǎn)足性能要求。通常，存儲器帶寬是關(guān)鍵性能瓶頸，因為視覺(jué)算法通常使用大量的數據，不會(huì )重復訪(fǎng)問(wèn)相同的數據。嵌入式CPU的存儲器系統無(wú)法設計適應這類(lèi)數據流。然而，與大部分處理器相類(lèi)似，隨著(zhù)時(shí)間的推移，嵌入式CPU的性能在逐漸增強，在某些情況下，能夠提供足夠的性能。
在可能的情況下，有足夠的理由在CPU上運行視覺(jué)算法。首先，大部分嵌入式系統需要CPU來(lái)實(shí)現各種功能。如果所需要的視覺(jué)功能能夠通過(guò)這種CPU來(lái)實(shí)現，那么，相對于多處理器解決方案相比，這降低了系統的復雜度。而且，大部分視覺(jué)算法一開(kāi)始是在PC上開(kāi)發(fā)的，使用了通用CPU及其相關(guān)的軟件開(kāi)發(fā)工具。PC CPU和嵌入式CPU (及其相關(guān)的工具)之間的相似性意味著(zhù)，與其他類(lèi)型的嵌入式視覺(jué)處理器相比，一般比較容易在嵌入式CPU上通過(guò)嵌入方式實(shí)現視覺(jué)算法。最后，嵌入式CPU使用起來(lái)通常比其他類(lèi)型的嵌入式視覺(jué)處理器更簡(jiǎn)單，這是因為其相對直觀(guān)的體系結構、成熟的工具以及其他的應用開(kāi)發(fā)基礎支持平臺等，例如，操作系統。
結合了CPU的ASSP
ASSP是專(zhuān)用、集成度很高的芯片，定制用于特殊應用或者專(zhuān)業(yè)應用。ASSP可以采用CPU，或者使用單獨的CPU芯片。憑借專(zhuān)業(yè)化，與其他類(lèi)型的處理解決方案相比，ASSP通常具有優(yōu)異的成本和能效。在其他技術(shù)中，ASSP通過(guò)使用專(zhuān)用協(xié)處理器和加速器來(lái)提高效率。而且，由于A(yíng)SSP主要集中在專(zhuān)業(yè)應用上，因此，通常需要大量的應用軟件。
這種專(zhuān)業(yè)化使得ASSP能夠實(shí)現很高的效率，但是，也帶來(lái)了很大的局限：缺乏靈活性。設計用于某一應用的ASSP一般不能用于其他應用，甚至目標應用相關(guān)的應用。ASSP使用唯一的體系結構，與其他類(lèi)型的處理器相比，更難進(jìn)行編程。實(shí)際上，某些ASSP并不支持用戶(hù)編程。另一方面的考慮是風(fēng)險問(wèn)題。ASSP通常由小供應商提供，這可能會(huì )增加難以提供芯片的風(fēng)險，或者無(wú)法提供后續產(chǎn)品以幫助系統設計人員更新其設計，設計人員不得不從頭開(kāi)始進(jìn)行設計。
具有CPU的GPU
GPU主要是用于3D圖形，并且越來(lái)越多的用于實(shí)現其他功能，例如，視覺(jué)應用等。目前，個(gè)人計算機的GPU傾向于可編程，除了3D圖形還能完成其他功能。這類(lèi)GPU被稱(chēng)為“通用GPU”，或者“GPGPU”。GPU有很強的并行處理能力。它們在個(gè)人計算機上是獨一無(wú)二的?？梢悦赓M使用GPU軟件開(kāi)發(fā)工具，從GPGPU開(kāi)始進(jìn)行編程并不是很復雜。出于這些原因，在PC上第一次開(kāi)發(fā)其計算機視覺(jué)算法的開(kāi)發(fā)人員通常采用GPU作為并行處理引擎，他們出于仿真或者原型開(kāi)發(fā)的目的，需要加速算法的執行。
GPU緊密集成了通用CPU，有時(shí)候是在同一芯片上。然而，GPU芯片的一種局限是目前能夠集成的CPU類(lèi)型有限，而且支持這類(lèi)集成的CPU操作系統也很有限。目前，可以提供設計用于智能電話(huà)和平板電腦等產(chǎn)品的低成本、低功耗GPU。但是，這些GPU一般不是GPGPU，因此，除了3D圖形之外，將其用在其他應用中有很大的難度。
具有加速器以及CPU的數字信號處理器
數字信號處理器是專(zhuān)門(mén)用于信號處理算法和應用的微處理器。對于視覺(jué)應用核心的信號處理等任務(wù)，這種專(zhuān)業(yè)化使得數字信號處理器的效率要遠遠高于通用CPU。而且，與其他類(lèi)型的并行處理器相比，數字信號處理器相對比較成熟，使用起來(lái)更方便。
但是，雖然數字信號處理器在視覺(jué)算法上的性能和效率要高于通用CPU，但仍然難以提供足夠的性能來(lái)滿(mǎn)足算法要求。出于這一原因，DSP一般需要一個(gè)或者多個(gè)輔助協(xié)處理器。因此，視覺(jué)應用中一個(gè)典型的DSP芯片包括了CPU、數字信號處理器以及多個(gè)協(xié)處理器。這種異質(zhì)結合能夠產(chǎn)生很好的性能和很高的效率，但也難以編程。實(shí)際上，DSP供應商一般不支持用戶(hù)對協(xié)處理器進(jìn)行編程；而是讓協(xié)處理器運行芯片供應商開(kāi)發(fā)的軟件函數庫。
移動(dòng)“應用處理器”
移動(dòng)“應用處理器”是集成度非常高的芯片系統，一般主要設計用于智能電話(huà)，而不是其他應用。應用處理器通常包括高性能CPU內核，以及各種特殊的協(xié)處理器，例如，數字信號處理器、GPU、視頻處理單元(VPU)、2D圖形處理器，以及圖像采集處理器等。
這些芯片專(zhuān)門(mén)針對電池供電應用進(jìn)行了設計，因此，能效非常高。而且，由于圍繞智能電話(huà)和平板電腦的應用越來(lái)越重要，因此，移動(dòng)應用處理器一般有很強的軟件開(kāi)發(fā)基礎支持平臺，包括，低成本開(kāi)發(fā)電路板、Linux和Android端口等。然而，正如前面章節對數字信號處理器的討論，應用處理器中的專(zhuān)用協(xié)處理器一般不是用戶(hù)可編程的，限制了它們在視覺(jué)應用中的發(fā)展。
具有CPU的FPGA
FPGA是靈活的邏輯芯片，可以在門(mén)級和模塊級進(jìn)行重新配置。這一靈活性使得用戶(hù)能夠隨時(shí)實(shí)現定制滿(mǎn)足應用需求的計算結構。它還支持選擇滿(mǎn)足應用需求的I/O接口和片內外設。能夠定制計算結構，結合現代FPGA中大量的資源，同時(shí)實(shí)現了高性能和良好的性?xún)r(jià)比和能效比。
但是，使用FGPA實(shí)際上是硬件設計功能，而不是軟件開(kāi)發(fā)工作。一般在寄存器傳送級(RTL)使用硬件描述語(yǔ)言(Verilog或者VHLD)來(lái)進(jìn)行FPGA設計，寄存器傳送級是很低的抽象級。與使用本文討論的其他類(lèi)型的處理器相比，這使得FPGA設計非常耗時(shí)，成本也高。
雖然如此，使用FPGA越來(lái)越方便了，這是由多種因素造成的。首先，是所謂的“IP模塊”庫——可重用FPGA設計組件庫，其功能越來(lái)越強大了。在某些情況下，這些庫能夠直接滿(mǎn)足視覺(jué)算法要求。在其他一些應用中，它們還支持視頻I/O端口或者掃描線(xiàn)緩沖等功能。而且，FGPA供應商及其合作伙伴提供了越來(lái)越多的參考設計——采用了FPGA的可重用系統設計，面向專(zhuān)業(yè)應用。最后，利用高級綜合工具，設計人員使用高級語(yǔ)言，在FPGA中實(shí)現視覺(jué)和其他算法，而且效率越來(lái)越高。用戶(hù)可以在FPGA中實(shí)現性能相對低一些的CPU。而且，在少量的應用中，FPGA制造商在器件中集成了高性能CPU。
總結
采用嵌入式視覺(jué)，業(yè)界進(jìn)入了一種“良性循環(huán)”，這是很多其他DSP應用領(lǐng)域的特點(diǎn)。目前雖然很少有專(zhuān)門(mén)用于嵌入式視覺(jué)應用的芯片，但是，這些應用越來(lái)越多的采用了針對其他應用開(kāi)發(fā)的高性能、高性?xún)r(jià)比處理芯片，包括，數字信號處理器、CPU、FPGA和GPU等。這些芯片單位成本、單位功率的可編程性能越來(lái)越高，因此，能夠支持實(shí)現大批量嵌入式視覺(jué)產(chǎn)品。這些大批量應用也相應的引起了硅片提供商更多的關(guān)注，他們會(huì )提供更好的性能、更高的效率和可編程處理能力。嵌入式視覺(jué)聯(lián)盟還可以幫助工程師利用這些芯片來(lái)開(kāi)發(fā)多種新奇的產(chǎn)品。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/148888.htm linux操作系統文章專(zhuān)題:linux操作系統詳解（linux不再難懂）
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