基于FPGA平臺的駕駛輔助應用加速發(fā)展

例如，賽靈思公司的Zoratti認為，將基本的車(chē)道偏離報警系統擴展為可同時(shí)實(shí)現交通標志識別和前方車(chē)燈識別的系統需要強大的計算能力以及高級算法開(kāi)發(fā)。

Zoratti指出：“目前，DSP足以勝任基本系統的計算任務(wù)。但隨著(zhù)系統的發(fā)展，特別是要利用同樣的傳感器完成多項功能并實(shí)現與其它系統的互連時(shí)，DSP的處理能力就不夠了。FPGA的并行處理資源可以提供一種具備成本效益、可擴展性和靈活性的解決方案(見(jiàn)圖2)。”

根據分析師Barnden的說(shuō)法，傳感器與前視攝像頭的結合需求更為迫切。前視攝像頭通常安裝在汽車(chē)后視鏡上，從前擋風(fēng)玻璃處探出。目前，OEM可利用前視攝像頭實(shí)現車(chē)道偏離報警功能。但他們希望在未來(lái)的汽車(chē)中能將這一攝像頭與雷達傳感器結合起來(lái)，同時(shí)完成自動(dòng)巡航控制、交通標志識別、夜視以及車(chē)道偏離功能，當然，未來(lái)可能還包括車(chē)道保持功能。

利用一個(gè)攝像頭為多個(gè)駕駛輔助系統提供圖像則需要高級計算能力。在系統板上采用多個(gè)分立的DSP會(huì )令設計臃腫，需要更多連接線(xiàn)，并可能引發(fā)延遲和可靠性問(wèn)題。Zoratti 表示，OEM廠(chǎng)商可以利用FPGA平臺的并行資源來(lái)完成需要幾片DSP來(lái)執行的工作，從而獲得成本效益、可擴展能力和靈活性都更高的基于FPGA的傳感器融合系統。

他還說(shuō)：“目前的車(chē)道偏離報警系統可以采用分辨率為640×480的VGA攝像頭，但當面對標志識別等應用時(shí)，系統很快將需要兩倍以上的分辨率。DSP器件無(wú)法滿(mǎn)足所需的數據處理能力。當討論多種功能時(shí)，每種功能可能需要不同的處理算法，這也是FPGA能夠提供強大價(jià)值的地方。”

他繼續說(shuō)道：“ASIC可能是一個(gè)選擇，但問(wèn)題是，在大多數情況下，市場(chǎng)仍然處于孕育期，無(wú)法準確預料最終哪種算法會(huì )勝出。FPGA提供了所需的計算能力、靈活性和可擴展能力，因為您可以現在利用FPGA完成設計，并在未來(lái)根據特定車(chē)型的需求調整其需要的具體功能。這是一種基于平臺的設計，可以進(jìn)行修改以適用于不同的型號，甚至不同的系列。投資一個(gè)平臺，然后就可以根據需要進(jìn)行靈活的擴展，激活或禁止某些功能。”

在幫助設計人員快速實(shí)現駕駛輔助系統創(chuàng )新的過(guò)程中，開(kāi)發(fā)工具和IP扮演著(zhù)關(guān)鍵的角色。賽靈思公司及其合作伙伴為眾多基于FPGA的高級駕駛輔助應用提供了先進(jìn)的IP模塊(見(jiàn)圖3)。

在將技術(shù)從DSP或基于其它IC的駕駛輔助系統轉向采用賽靈思汽車(chē)平臺FPGA的眾多企業(yè)中，TRW汽車(chē)集團旗下的TRW Conekt公司以及Ibeo 汽車(chē)傳感器有限公司(Ibeo Automobile Sensor GmbH)是兩個(gè)很好的例子。

TRW Conekt公司基于攝像頭的車(chē)道偏離報警系統剛剛投入生產(chǎn)，目前正在開(kāi)發(fā)整合了車(chē)道偏離報警和自動(dòng)巡航控制的系統。當前系統中的前視攝像頭位于后視鏡后。Conekt公司首席電子工程師Martin Thompson說(shuō)：“當遇到車(chē)道標志時(shí)，如果汽車(chē)太靠近這些標志，系統會(huì )觸發(fā)電子方向盤(pán)系統，方向盤(pán)會(huì )輕微振動(dòng)來(lái)提醒司機，司機的感覺(jué)就像是汽車(chē)在輕擦路邊的石頭。系統可以幫助司機在疲勞或注意力不集中時(shí)避免車(chē)道偏離。”

TRW系統的核心是經(jīng)過(guò)Conekt編程的XA Spartan-3E250 FPGA，它負責執行邊緣檢測和特征抽取等底層圖像處理。產(chǎn)品中還采用了一個(gè)外部微控制器，Thompson表示，這個(gè)微控制器未來(lái)可能會(huì )被集成到 FPGA中。

位于后視鏡后方的這一系統可以識別分隔車(chē)道的白線(xiàn)，并估算前方道路的幾何形狀以及汽車(chē)在車(chē)道內的位置，即相對于車(chē)道的角度以及車(chē)道的彎曲情況。 Thompson說(shuō)：“這為車(chē)道偏離報警系統提供了所需的信息。未來(lái)，這些信息可與來(lái)自自動(dòng)巡航控制雷達的數據相結合，用于跟蹤本車(chē)道內的其它車(chē)輛。”

此外，Conekt的工程師正在開(kāi)發(fā)視頻障礙檢測功能。“雷達非常適合測量距離，但并不適合測量橫向位置，視頻則正相反。我們可以確定相對于車(chē)的寬度和角度，并將這些信息與雷達距離測量相融合。”Thompson說(shuō)。

他又補充道：“利用視頻信息，我們還可以對目標進(jìn)行分類(lèi)，例如判斷車(chē)前的物體是行人還是自行車(chē)。同樣，視頻-雷達融合系統也可以動(dòng)態(tài)地區分車(chē)輛是轎車(chē)還是卡車(chē)。跟蹤系統可利用這些評估信息來(lái)改進(jìn)自己的行為。”

Thompson指出，在一個(gè)系統中融合雷達和攝像頭傳感器還有很多其它優(yōu)點(diǎn)。雷達不會(huì )受到降雨、降雪和霧天的影響，而視頻則能更好地顯示出司機的實(shí)際可視范圍，從而幫助司機根據當前的天氣和能見(jiàn)度情況來(lái)估算安全的行駛速度。

未來(lái)某個(gè)時(shí)候，融合產(chǎn)品還會(huì )使現有的碰撞緩和系統受益。如果事故看起來(lái)不可避免，系統會(huì )激活安全帶預緊器、灌注氣囊，并啟動(dòng)剎車(chē)，以盡可能提前釋放碰撞能量。此外還可以起到防止碰撞的功能。當司機無(wú)法采取行動(dòng)時(shí)，汽車(chē)可以自動(dòng)啟動(dòng)一些措施(如方向控制和剎車(chē)等)以避免撞車(chē)。“然而，這可能還需要等些時(shí)候。”Thompson說(shuō)。

Ibeo汽車(chē)傳感器有限公司也在其高級駕駛輔助系統中采用了賽靈思FPGA平臺。公司銷(xiāo)售總監Mario Brumm說(shuō)，已有十年歷史的Ibeo公司開(kāi)發(fā)了一款激光掃描裝置，與相關(guān)軟件配合，就可以檢測車(chē)身周?chē)ㄆ渌?chē)輛、行人以及自行車(chē)在內的環(huán)境，測量他們的位置和速度。Ibeo開(kāi)發(fā)的這一系統可以在高速行駛時(shí)支持自動(dòng)巡航控制并在交通阻塞時(shí)提供駕駛輔助。在關(guān)鍵時(shí)刻，比如有個(gè)孩子出現在車(chē)前時(shí)，傳感器會(huì )觸發(fā)剎車(chē)動(dòng)作來(lái)避免事故。

Brumm說(shuō)：“我們開(kāi)發(fā)了硬件和軟件，但我們認為未來(lái)幾年時(shí)間里，軟件會(huì )變得越來(lái)越重要。我們推向市場(chǎng)的一些傳感器已經(jīng)可以支持單一應用，但我們從開(kāi)始樹(shù)立的目標就是利用一個(gè)傳感器支持多項應用。FPGA在我們的設計中是非常重要的器件。”

在采用FPGA之前，Ibeo利用的是一款模擬芯片。Brumm說(shuō)：“我們可以利用它來(lái)測量遠達80米的距離。但對于自動(dòng)巡航控制來(lái)說(shuō)，這還不夠，尤其是在德國，在那里人們喜歡高速駕駛?？蛻?hù)希望能夠測量200米遠的距離，這樣的話(huà)，利用原來(lái)的模擬系統是不可能的，因此我們想利用數字方法來(lái)完成核心測量。”