Xilinx Zynq All Programmable SoC：Smarter Visi

Smarter網(wǎng)絡(luò )

大部分Smarter Vision系統都是局域網(wǎng)的組成部分，同時(shí)越來(lái)越多的這種系統依次連接到更大型的外部網(wǎng)絡(luò )。例如在汽車(chē)應用中，嵌入式視覺(jué)系統通過(guò)CAN總線(xiàn)、LIN和FlexRay等標準協(xié)議進(jìn)行通信。此外，通用汽車(chē)還為客戶(hù)提供OnStar無(wú)線(xiàn)導航、安全和車(chē)輛診斷服務(wù)，以便OnStar操作人員能夠接入車(chē)輛系統，診斷問(wèn)題。

與此形成鮮明對比的是，工業(yè)制造領(lǐng)域的每家廠(chǎng)商似乎都已開(kāi)發(fā)出自己的專(zhuān)有協(xié)議。但是在越來(lái)越多的行業(yè)中，客戶(hù)呼吁制造商提供的系統要能兼容標準因特網(wǎng)協(xié)議網(wǎng)絡(luò )或以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )。使用通過(guò)標準網(wǎng)絡(luò )連接和通信的系統，客戶(hù)便可更加方便地將新系統集成到自己的企業(yè)中，不必搭配和匹配多家廠(chǎng)商的系統，從而獲得更大的定價(jià)優(yōu)勢。但是加強網(wǎng)絡(luò )兼容性會(huì )使嵌入式視覺(jué)設計進(jìn)一步復雜化，因為視覺(jué)系統現在必須集成更加復雜的網(wǎng)絡(luò )技術(shù)、高速I(mǎi)/O，并能在協(xié)議變化或者新協(xié)議出現時(shí)更新系統。軟件可編程解決方案往往無(wú)法直接滿(mǎn)足這類(lèi)變化提出的性能要求，迫使客戶(hù)必須從其它廠(chǎng)商購買(mǎi)新的系統。因此嵌入式視覺(jué)系統必須擁有足夠的I/O靈活性，才能跟上網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的快速發(fā)展變化。

賽靈思：為Smarter Vision而全力打造的All-Programmable

要全面快速推進(jìn)Smarter Vision技術(shù)的發(fā)展，滿(mǎn)足新市場(chǎng)的需求，就必須擁有一款極為靈活的處理平臺、豐富的資源組合以及致力于推進(jìn)Smarter Vision技術(shù)發(fā)展的可靠的生態(tài)系統。過(guò)去10年來(lái)，賽靈思器件在幫助有關(guān)公司推進(jìn)這些視覺(jué)系統創(chuàng )新方面一直發(fā)揮著(zhù)重大作用。今天，賽靈思經(jīng)過(guò)長(cháng)達5年的開(kāi)發(fā)，成功推出了一款完整的解決方案，將力助Smarter Vision應用開(kāi)發(fā)商快速推出新一代創(chuàng )新技術(shù)。

10多年來(lái)，嵌入式視覺(jué)技術(shù)設計人員一直充分利用賽靈思FPGA的可編程性、并行計算功能和快速I(mǎi)/O功能，滿(mǎn)足一系列嵌入式視覺(jué)系統的需求。過(guò)去，設計人員用FPGA加速系統中可能拖慢主處理器的功能，或者用FPGA來(lái)運行僅靠處理器不能執行的并行計算任務(wù)。而現在，利用Zynq-7000 All Programmable SoC，嵌入式視覺(jué)技術(shù)開(kāi)發(fā)人員擁有了一款全面可編程的器件，非常適合開(kāi)發(fā)新一代Smarter Vision應用。

賽靈思公司視頻技術(shù)工程設計總監Jose Alvarez指出：“Smarter Vision技術(shù)能在同一開(kāi)發(fā)板上互聯(lián)傳輸的不同處理器和FPGA中實(shí)現，而Zynq-7000 All Programmable SoC為電子產(chǎn)業(yè)帶來(lái)了前所未有的高集成度?，F在，我們能通過(guò)同一芯片上處理器和邏輯之間3,000個(gè)高性能連接以芯片速度而不是板級速度在智能處理器和FPGA邏輯之間交換信息。”

下圖顯示出Zynq-7000 All Programmable SoC在多功能汽車(chē)駕駛員輔助系統創(chuàng )建中相對于采用傳統多攝像頭多芯片架構的優(yōu)勢。在賽靈思架構(見(jiàn)圖中左下方)，將一組攝像頭連接到一個(gè)Zynq-7000 All Programmable SoC，能支持盲區檢測、360度環(huán)繞視圖、車(chē)道偏移報警和行人檢測等功能捆綁。相反，現有的多功能DA系統需要多個(gè)芯片和多個(gè)攝像頭，這就會(huì )讓集成更復雜化，對性能和系統功耗造成不利影響，也提高了BOM成本。

一些芯片廠(chǎng)商提供的ASSP將ARM處理器與DSP或GPU搭配一起使用，但這種器件過(guò)于僵化，而且針對今天許多Smarter Vision應用而言計算性能也不夠高?；谶@種器件的解決方案往往需要添加獨立的FPGA來(lái)彌補自身的不足。

Zynq-7000 All Programmable SoC相對于以GPU和DSP為中心的SoC而言，其主要優(yōu)勢就是具有的可編程性和高性能。ARM處理系統具有軟件可編程性，FPGA邏輯可通過(guò)HDL或C++編程，甚至I/O也是全面可編程的。這樣，客戶(hù)就能創(chuàng )建出適合其特定的應用極高性能Smarter Vision系統，并讓其系統從競爭產(chǎn)品中脫穎而出。

下圖詳細給出了Smarter Vision系統的一般信號流程，從中可以看出Zynq All Programmable SoC相對于基于A(yíng)RM和DSP以及基于A(yíng)RM和GPU的ASSP解決方案的優(yōu)勢。

流程中的第一個(gè)信號處理模塊(綠色)是連接器件到攝像頭感應器的輸入。在Zynq-7000 All Programmable SoC中，開(kāi)發(fā)人員可讓多種不同I/O信號適應于客戶(hù)連接的任何攝像頭需要。下一個(gè)信號處理模塊執行像素級處理或視頻處理工作(具體取決于應用是面向圖形處理還是顯示)。再下一個(gè)模塊執行圖像分析功能，這是一個(gè)計算密集型任務(wù)，通常需要并行計算，而這則是FPGA最擅長(cháng)的任務(wù)。接下來(lái)3個(gè)模塊(紅色)分別代表處理系統獲得分析所得的元數據結果、創(chuàng )建圖形化結果表達(在圖像步驟顯示)，以及對結果進(jìn)行編碼用于傳輸。在Zynq-7000 All Programmable SoC中，處理子系統和FPGA邏輯協(xié)同工作。如果需要壓縮，FPGA邏輯會(huì )直接采用適當的編解碼器。在接下來(lái)最后一個(gè)信號處理模塊(標為“輸出”)中，Zynq-7000 SoC的可編程I/O可讓開(kāi)發(fā)人員滿(mǎn)足多種不同通信協(xié)議和視頻傳輸標準的要求，有的是廠(chǎng)商專(zhuān)有標準，有的是特定市場(chǎng)標準，還有的則是業(yè)界標準IP協(xié)議。與此形成對比的是，當開(kāi)發(fā)人員采用以DSP和GPU為中心的SoC開(kāi)發(fā)算法時(shí)，可能ASSP中的DSP或GPU難以提供所需的性能。為了彌補這種性能不足，開(kāi)發(fā)人員往往還要在系統中采用獨立的FPGA。

Zynq-7000 All Programmable SoC顯然是開(kāi)發(fā)Smarter視覺(jué)系統的最佳芯片選擇，而賽靈思在該器件開(kāi)發(fā)的早期階段就認識到，應當對編程進(jìn)行優(yōu)化，特別是對那些比較習慣用C和C++開(kāi)發(fā)視覺(jué)算法的設計人員來(lái)說(shuō)更應該優(yōu)化編程方法。為此，賽靈思于2012年6月向客戶(hù)推出了一款最先進(jìn)的軟件環(huán)境：Vivado設計套件，其包含有業(yè)界一流的高層次綜合等多項技術(shù)。賽靈思于2011年1月收購AutoESL獲得了這種高層次綜合技術(shù)。Vivado HLS特別適用于嵌入式視覺(jué)應用。比方說(shuō)，如果視覺(jué)系統開(kāi)發(fā)人員用Zynq-7000 All Programmable SoC開(kāi)發(fā)的C或C++語(yǔ)言算法運行速度不夠快，或者給處理系統帶來(lái)過(guò)重負擔，那么這些開(kāi)發(fā)人員就能把C算法提交給Vivado HLS，并將這些算法綜合成Verilog或VHDL，然后在器件的FPGA邏輯中運行。這就能將Zynq-7000 All Programmable SoC上的處理子系統解放出來(lái)，讓它從事更適合自己的任務(wù)，從而加速整體系統性能。賽靈思還推出了OpenCV(CV就是計算機視覺(jué)的縮寫(xiě))庫，讓進(jìn)一步完善了Smarter Vision技術(shù)。