FPGA更適用于視覺(jué)處理

美國國家儀器公司將工程的視覺(jué)處理移植到FPGA上實(shí)現，可獲得更高的處理性能

Jeff Bier 是嵌入式視覺(jué)聯(lián)盟的創(chuàng )始人，本月在德克薩斯州奧斯汀舉辦的NI WEEK大會(huì )上，Jeff關(guān)注了國家儀器公司的一個(gè)演示系統，這個(gè)系統是國家儀器公司2014年度關(guān)于視覺(jué)輔助方面的新產(chǎn)品。這個(gè)視覺(jué)輔助組件的國家儀器公司視覺(jué)開(kāi)發(fā)模塊的一個(gè)部分，能夠實(shí)現快速設計和一些機器視覺(jué)應用的開(kāi)發(fā)。2014年期間，國家儀器公司已經(jīng)將很多已經(jīng)實(shí)現的視覺(jué)處理算法移植到了他自己的硬件平臺上，以前這些視覺(jué)處理算法是利用FPGA硬件平臺實(shí)現的。國家儀器公司主要的平臺是CompactRIO-9068軟件設計控制系統，這個(gè)系統是基于賽靈思Zynq Z-7000 ALL Programmable SoC而設計的。將視覺(jué)處理算法用Zynq SoC的可編程邏輯(FPGA)部分來(lái)實(shí)現不僅提升了視覺(jué)處理的性能，而且可以讓Zynq SoC上的兩個(gè)ARM Cortex-A9處理器有更多的資源去處理其他任務(wù)。

國家儀器公司在NI Week大會(huì )上演示的系統模塊在Zynq SoC的FPGA部分實(shí)現了一個(gè)PID控制器 ，用于實(shí)時(shí)控制整個(gè)演示模塊的步進(jìn)電機。這樣允許視覺(jué)處理過(guò)程符合控制算法，最大化的提升系統性能。

國家儀器公司的視覺(jué)輔助組件能夠生成標準的LabView代碼，并且借助了LabView FPGA 模塊，是對Labview設計環(huán)境的擴展。LabVIEW軟件的FPGA 模塊利用Vivado設計軟件作為基礎，生成對FPGA芯片配置的文件。LabVIEW FPGA實(shí)現對圖形化的LabVIEW代碼，并將綜合結合下載到CompactRIO-9068控制系統的FPGA硬件部分，對FPGA進(jìn)行配置。

開(kāi)發(fā)人員借助NI公司的視覺(jué)輔助組件可以快速完成基于FPGA的視覺(jué)應用的原型設計，這個(gè)輔助組件包含了視覺(jué)開(kāi)發(fā)模塊。視覺(jué)開(kāi)發(fā)輔助組件是一個(gè)基于可配置的原型開(kāi)發(fā)工具，允許開(kāi)發(fā)這迭代優(yōu)化他們的圖像處理算法，可以讓他們看到設置參數的改變會(huì )對圖像有什么樣的影響。當算法工程完成后，視覺(jué)輔助組件會(huì )自動(dòng)生成一個(gè)完整的LabVIEW工程，包括虛擬的處理器內核，虛擬的FPGA部分和其他一些功能，例如在處理器和FPGA之間通過(guò)編解碼實(shí)現圖像的傳輸。通過(guò)視覺(jué)輔助組件生成的FPGA代碼同樣進(jìn)行了優(yōu)化，支持并行執行。開(kāi)發(fā)人員可以使用LabVIEW FPGA 的IP Builder修改圖像處理算法，這個(gè)功能是國家儀器公司(NI)的LabVIEW軟件的FPGA 模塊所支持功能的一部分。

除了可以加速開(kāi)發(fā)流程和代碼生成效率，視覺(jué)輔助組件也可以估計FPGA資源的使用情況，使用信息包括FPGA芯片資源(例如slice(分片)，LUTs(查找表)，DSPs和Block RAM)的使用百分比，它可以反映出整個(gè)圖像處理應用的資源使用信息，也可以反映出每個(gè)獨立的圖像處理算法的芯片資源使用情況，可以讓開(kāi)發(fā)人員在整個(gè)應用的開(kāi)發(fā)過(guò)程中了解每個(gè)任務(wù)模塊的資源使用情況，實(shí)現資源的合理安排。