汽車(chē)ADAS面臨的挑戰及解決方案

在汽車(chē)產(chǎn)業(yè)不斷提高安全性的趨勢下，車(chē)輛需要整合越來(lái)越多的外圍攝影傳感器和智能圖像處理技術(shù)，以便實(shí)現先進(jìn)的駕駛輔助系統(ADAS)，如車(chē)道偏離警告、碰撞避免、盲點(diǎn)監視、先進(jìn)的倒車(chē)攝影以及具有物體識別功能的周邊環(huán)境觀(guān)察系統等。制造商想要創(chuàng )建完全安全的駕駛環(huán)境這一共同目標推動(dòng)著(zhù)這一趨勢的發(fā)展。例如，Volvo公司的“Zero-by-2020”目標，就是希望到2020年乘坐新款Volvo汽車(chē)的人不會(huì )再因車(chē)禍而死亡甚至受傷。

這些系統面臨的挑戰在于需要建立這樣一個(gè)平臺：能夠保持這些計算密集型應用要求的處理性能，只需消耗較低功率以避免散熱問(wèn)題，能夠提供整合商愿意采用的高成本效益解決方案，并且系統尺寸要小，能使系統“大腦”與影像傳感器共處一地，并裝配進(jìn)智能攝影機(如果要求的話(huà))內。共存于傳感器上的圖像處理可構成系統解決方案，在這種系統中，相同的智能攝影平臺可應用于車(chē)輛的不同位置，如后保險桿——實(shí)現具有物體/人體檢測功能的增強型倒車(chē)攝影機；反光鏡——用于實(shí)現盲點(diǎn)監視；后視鏡背后——用于實(shí)現前向碰撞和車(chē)道偏離警告；以及其它外圍攝影機——用于周邊環(huán)境觀(guān)察。此外，這種分布式智能攝影模型不會(huì )因額外處理要求而加重汽車(chē)中央控制臺的負擔。

圖1：先進(jìn)的駕駛輔助系統。

市場(chǎng)報告指出，在今后幾年中，ADAS不僅會(huì )廣泛用于高階汽車(chē)，而且還會(huì )用于更普通的中低階汽車(chē)。除了要求每個(gè)應用提供更強的運算性能外，還有在相同的硬件平臺上結合來(lái)越多ADAS應用的需求。但這也升高了一項疑慮——目前的DSP和FPGA解決方案夠用嗎？

DSP算法執行方案中最大的瓶頸之一，是為了跟上讀寫(xiě)訪(fǎng)問(wèn)速度而負擔越來(lái)越重的外部?jì)却?。傳統的DSP提供有限的并行執行能力，為了滿(mǎn)足處理要求，通常要求工作在越來(lái)越高的頻率頻率。而隨著(zhù)頻率頻率的不斷攀升，DSP將消耗更多的功率，進(jìn)而產(chǎn)生更多的熱量需要散發(fā)。雖然FPGA的并行執行能力要比DSP強，但比較難編程序，且經(jīng)常需要用RISC處理器進(jìn)行資料的后處理。FPGA也具有很大的功耗，而且系統尺寸大，總之是一種成本較高的解決方案。

影像識別的未來(lái)：多核心平行處理

由CogniVue影像識別處理器(ICP)執行的多核心平行處理性能在許多方面都已超越DSP和FPGA。在單位面積、單位毫瓦功率內，ICP能提供更好的性?xún)r(jià)比。

CogniVue APEX架構整合了用于管理算法執行的工業(yè)標準RISC核心和高度平行的單指令多數據(SIMD)數組處理引擎(APU)，可用于執行圖像處理和分析算法中固有的低層運算密集型并行操作。這種架構中除了RISC和APU外，還有新設計的串流DMA，用于確保高效的數據移動(dòng)；以及設計用于自動(dòng)和高效排序操作以確保最大效率的排序器。第二個(gè)RISC核心在A(yíng)PEX外部獨立運作，用于處理系統級常駐程序。

APU內部為每個(gè)計算單元準備了本地專(zhuān)用內存。影像數據取自外部?jì)却?，然后流進(jìn)APU內存，在數據流出和存回系統內存之前，所有處理工作都在A(yíng)PU內存中完成。由于A(yíng)PU內存與APU單元位于一處，因此可以大幅地減少外部?jì)却娲嫒〉拇螖?，不必提高頻率頻率就能維持高運算性能。APEX處理核心與ICP的其余部分也是分開(kāi)的，這意味著(zhù)APEX核心工作頻率獨立于SoC的其余部分，允許組件其余部分工作在較低的頻率頻率，從而節省功耗。透過(guò)將外部?jì)却娑褩Ｔ诜庋b內部，這種方案可以實(shí)現更小的系統尺寸，達到節省電路板占用面積的目的。

由于采用了平行處理器核心和基于串流程序設計的獨特軟件范例，CogniVue ICP可以調度復雜的向量操作，并在數據移動(dòng)最少的情況下執行程序代碼。這些處理器只要有可能就會(huì )實(shí)現算法原語(yǔ)的自動(dòng)管線(xiàn)式操作，并透過(guò)一個(gè)全面的API擷取這種復雜性，從而隱藏掉系統負載平衡的復雜度，消除開(kāi)發(fā)人員面臨的多核心同步問(wèn)題。

高度并行機制加上高ALU帶寬架構展示了一個(gè)可行的平臺，它提供足夠富余的功能和處理能力，可在相同的硬件上并行執行多個(gè)應用。靈活的開(kāi)發(fā)平臺和SDK使得用戶(hù)能夠靈活程序設計APEX，并建構極具競爭力的差異化應用。這種多核心平行平臺之所以能夠得到開(kāi)發(fā)人員的青睞，不僅因為它能提供先進(jìn)的性能、功耗和尺寸特性，而且能保證在未來(lái)ICP中的程序代碼再使用，從而確保最少的開(kāi)發(fā)工作和時(shí)間。

圖2：可編程設計的平行架構。