MicroBlaze微處理器在實(shí)時(shí)汽車(chē)系統中的應用

　普遍認為開(kāi)發(fā)多處理器系統軟件的難度要大于單處理器系統。但實(shí)際情況并非總是如此。我們這個(gè)在 TRW 汽車(chē)公司下屬的咨詢(xún)部 TRW Conekt 工作的設計團隊最近接管了一個(gè)項目，展示了如何根據手中的問(wèn)題發(fā)揮硬件的功能，并通過(guò)使用許多個(gè)處理器開(kāi)發(fā)出高效系統。

　　我們小組接到了一項任務(wù)，為一個(gè)名為“Foot-LITE”的項目開(kāi)發(fā)車(chē)載嵌入式處理電子系統(該項目由MIRA 公司牽頭，英國政府支持的技術(shù)戰略委員會(huì )、交通部和工程物理科學(xué)研究所贊助)。該項目能夠為駕駛員提供反饋信息，從安全和燃油經(jīng)濟性的角度讓他們了解他們的駕駛習慣。

　　該系統通過(guò)兩種方式為駕駛人員提供反饋。一是，由一個(gè)儀表盤(pán)式的智能電話(huà)顯示系統(由布魯塞爾大學(xué)設計，HW CommunicaTIons 公司開(kāi)發(fā))向駕駛員提供與需要立即關(guān)注的事件有關(guān)的實(shí)時(shí)通信。二是，該系統還能夠連續采集行程數據，包括特別“事件”的視頻流，然后將其上傳到互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器，供用戶(hù)在閑暇時(shí)查看。根據我們的合作伙伴汽車(chē)高級駕駛協(xié)會(huì ) (Institute of Advance Motorists) 提出的駕駛建議，另一個(gè)合作伙伴英國里卡多有限公司 (Ricardo UK) 開(kāi)發(fā)出了一種算法，能夠決定哪些事件需要標出來(lái)提醒用戶(hù)注意。

　　該項目將把這個(gè)系統安裝到由30輛車(chē)組成的車(chē)隊里。測試車(chē)手由項目合作方Hampshire縣議會(huì ) (Hampshire County Council) 公開(kāi)招募。

　　該項目將逐步納入由12家行業(yè)、政府和學(xué)術(shù)合作伙伴協(xié)同研究的成果。這意味著(zhù)我們需要非常靈活的解決方案來(lái)解決我們的處理問(wèn)題。

　　起初，我們想提供單處理器系統。不過(guò)很快發(fā)現，專(zhuān)用處理器可以簡(jiǎn)化算法開(kāi)發(fā)工作每次迭代所需的集成工作。

　　基本系統

　　我們已經(jīng)有一種處理器系統，目前正在另一個(gè)項目中進(jìn)行開(kāi)發(fā)，主要用于圖像處理(圖2)。

　　該系統基于連接到 4 個(gè)獨立的DDR存儲塊的單個(gè)Xilinx? Spartan?-3A XC3SD3400A器件。該架構可以讓用戶(hù)實(shí)現眾多不同的處理器/邏輯配置。舉例來(lái)說(shuō)，可以把整個(gè) FPGA 結構用作完全采用HDL定義的純邏輯資源。另外，還可以使用更高級的工具，比如賽靈思EDK來(lái)實(shí)現 4 個(gè)(或者更多)的軟核微處理器。每個(gè)軟核微處理器都可以訪(fǎng)問(wèn)自己專(zhuān)用的DDR存儲設備，保護數據免遭其它微處理器的干擾。對于其他的簡(jiǎn)單工作，可以使用內嵌的BRAM塊來(lái)實(shí)現更多的處理器。

　　圖 1 – Foot-LITE 系統

　　此外，可以采用小型子卡來(lái)配置對外的I/O，從而可以針對不同的項目迅速轉換定制的I/O設置。

　　項目合作伙伴很早就決定采用USB接口，因為這樣可以向系統添加各種外設。然而這需要一些形式的USB 協(xié)議棧——我們通過(guò)使用Petalinux版本的uclinux獲得，以及一個(gè)配有USB主機設備的子卡。

　　使用 Linux 還為我們提供了一種管理SPI閃存設備的簡(jiǎn)單方法，該系統可提供 FPGA 比特流和應用代碼存儲。我們安裝了一個(gè)簡(jiǎn)單的 JFFS2 文件系統，可以通過(guò)以太網(wǎng)(使用 FTP)或啟動(dòng)USB 記憶棒(包含一個(gè)腳本，用以將新代碼上載到內部閃存上)來(lái)實(shí)現現場(chǎng)應用升級。在傳統的嵌入式系統中，所有這些要求都需要軟件小組編寫(xiě)底層應用代碼。不過(guò)，在有了 Linux 之后，我們可以輕松地編寫(xiě)簡(jiǎn)單的 Bash 腳本來(lái)控制這些流程。

　　Foot-LITE 算法

　　Ricardo開(kāi)發(fā)出了用于評估駕駛員行為的核心算法，并將其應用在自己的 rCube 快速原型設計系統上 (http://www.ricardo.com/en-gb/ Engineering-Consulting/AutomotiveExpertise/Controls--Electronics/ Embedded-Software/rCube/)。我們采用這種方法進(jìn)行了初步的仿真器測試，并在三輛測試車(chē)輛上進(jìn)行了試用。在測試車(chē)輛上，一個(gè)嵌入式視覺(jué)系統(基于現有的 TRW 產(chǎn)品——湊巧也有 FPGA)用于測量與前車(chē)之間的距離，并評估車(chē)輛在車(chē)道上的位置。測試車(chē)輛還可通過(guò)雷達系統提供距離信息。作為投產(chǎn)前的一個(gè)步驟，我們在更大規模的試驗中取消了雷達系統，因為視覺(jué)系統已經(jīng)能夠為應用提供足夠的信息。

　　我們在車(chē)輛上安裝了前視攝像頭和處理子系統，兩者整合成一個(gè)小型設備，安裝在后視鏡的旁邊。子系統中的嵌入式算法可通過(guò)視頻圖像處理來(lái)測量車(chē)身和車(chē)道邊緣之間的距離。此外，并行算法還可檢測到 Foot-LITE 車(chē)輛前面的車(chē)輛，并測量車(chē)頭間距。該子系統使用汽車(chē)標準的控制器局域網(wǎng)(CAN) 總線(xiàn)將數據傳輸給Foot-LITE子系統單元。

　　我們在 Foot-LITE單元中集成了三軸加速計和橫擺角速度傳感系統，這可以給Foot-LITE算法提供在需要時(shí)訪(fǎng)問(wèn)高速率、低延時(shí)車(chē)輛動(dòng)態(tài)信息的可能。

　　Foot-LITE 算法把所有的數據整合在一起，為駕駛員提供一系列與他的(或她的)駕駛風(fēng)格相關(guān)的簡(jiǎn)潔信息。