彈性SoC方案為ADAS保駕護航

　　先進(jìn)駕駛輔助系統是汽車(chē)電子產(chǎn)業(yè)成長(cháng)的主要動(dòng)能之一，為自動(dòng)駕駛奠定了深厚的基礎。雖然全自動(dòng)駕駛的實(shí)現還有待時(shí)日，但相關(guān)技術(shù)發(fā)展已為客戶(hù)帶來(lái)顯著(zhù)的好處，汽車(chē)OEM已開(kāi)始推出高度復雜的ADAS系統以提高駕駛的安全性與舒適度，在目前的汽車(chē)產(chǎn)業(yè)中，先進(jìn)駕駛輔助系統（ADAS）細分市場(chǎng)的成長(cháng)得到到很多不同因素推動(dòng)。

　　終端消費者也已經(jīng)認知到ADAS可應用于不同交通狀況的優(yōu)勢，盡管到買(mǎi)家愿意花一大筆錢(qián)購買(mǎi)汽車(chē)周邊監控設備前還需要一些時(shí)間，但如今似乎已能了解停車(chē)輔助系統或自動(dòng)緊急煞車(chē)系統不僅能保命，還能防止低速交通事故，進(jìn)而減少經(jīng)濟損失。另一項推動(dòng)因素是全自動(dòng)駕駛技術(shù)的發(fā)展。全自動(dòng)駕駛一開(kāi)始只是汽車(chē)產(chǎn)業(yè)技術(shù)專(zhuān)家們討論的一個(gè)技術(shù)性話(huà)題而已，而現在Google等公司已經(jīng)進(jìn)軍這一領(lǐng)域， 并打造看似不切實(shí)際卻即將廣泛推廣的Robocars無(wú)人駕駛汽車(chē)。雖然Google獲得媒體的爭相報導，也不斷地推動(dòng)ADAS技術(shù)的發(fā)展，但其技術(shù)如何 運用到OEM汽車(chē)生產(chǎn)設置上仍是個(gè)問(wèn)題，而消費者在購買(mǎi)新車(chē)時(shí)勢必考慮到成本和外觀(guān)等因素。不過(guò)，Google等公司展示的所有技術(shù)對傳統汽車(chē)企業(yè)造成影響是無(wú)庸置疑的，而且增加壓力驅使傳統汽車(chē)企業(yè)必須在短期內實(shí)現這些技術(shù)。

　　ADAS市場(chǎng)與趨勢

　　ADAS對于汽車(chē)產(chǎn)業(yè)供應鏈又會(huì )產(chǎn)生什么影響？大多數OEM已經(jīng)規劃了全自動(dòng)駕駛技術(shù)的發(fā)展藍圖。換言之，這些OEM已經(jīng)定義了一系列的應用，打算從現在起到2025年之間陸續向終端消費者推出；并隨之在這段期間內不斷改進(jìn)ADAS特性與功能。業(yè)界廠(chǎng)商已經(jīng)看到ADAS技術(shù)在汽車(chē)上的一些發(fā)展演進(jìn)，例如停車(chē)輔助技術(shù)一開(kāi)始只是保險桿轉角處內建在停車(chē)或倒車(chē)時(shí)可協(xié)助駕駛人預估車(chē)距的機械量油尺，接著(zhù)很快地便出現聲音和視覺(jué)回饋的超音波傳感器，再來(lái)后視攝像頭開(kāi)始取代或加強后置超音波傳感器，讓倒車(chē)和停車(chē)時(shí)更安全。

　　雖然有些人曾認為超音波傳感器技術(shù)將會(huì )過(guò)時(shí)，然而采用多達12個(gè)超音波傳感器的自動(dòng)停車(chē)輔助系統再次復蘇，且能準確地測量停車(chē)空間，并讓駕駛人僅需操控煞車(chē)踏板和油門(mén)便能完成停車(chē)，而電子控制單元（ECU）則全面掌控方向盤(pán)?，F今OEM和一級供貨商已經(jīng)開(kāi)始展示更先進(jìn)的自動(dòng)停車(chē)系統，讓駕駛人只需按下一個(gè)按鈕，汽車(chē)就能完全自動(dòng)停車(chē)，駕駛員甚至可在車(chē)外完成停車(chē)。在不遠的未來(lái)，其他目前正在探討的概念將會(huì )變成現實(shí)，包括無(wú)人駕駛汽車(chē)自動(dòng)找到停車(chē)位并停車(chē)入位。

　　PricewaterhouseCoopers全球汽車(chē)業(yè)務(wù)負責人Richard Hanna指出，對汽車(chē)領(lǐng)域的一級供貨商來(lái)說(shuō)，這會(huì )帶來(lái)一些新的挑戰， OEM將對整合度更高的電子子系統更有要求。這樣的效應在德國采埃孚公司（ZF Friedrichshafen AG）以124億美元收購美國天合汽車(chē)集團（TRW Automotive），打造全球第二大汽車(chē)供貨商后更顯而易見(jiàn)。天合全球電子（TRW Global Electronics）公司副總裁Tolga Oal指出：“自動(dòng)化功能是業(yè)界高度重視的技術(shù)，其需要提升傳感器、控制器、致動(dòng)器以及冗余策略之間的整合度。”

　　傳統供應ADAS的半導體企業(yè)也同樣面臨一些挑戰。當每一代新產(chǎn)品對于系統智能的需求越來(lái)越高的同時(shí)，OEM和一級供貨商也希望降低組件和系統材料單成本，并提高系統級整合度。此外，非汽車(chē)市場(chǎng)出現疲軟，也因此推動(dòng)許多半導體廠(chǎng)商積極進(jìn)軍汽車(chē)應用領(lǐng)域以拓展新商機，包括信息娛樂(lè )/連接、ADAS和電子/混合動(dòng)力等，這些領(lǐng)域至少在未來(lái)的幾年仍能有顯著(zhù)的成長(cháng)空間。

　　上述細分和次級細分市場(chǎng)都有各自的特點(diǎn)，即使可以讓信息娛樂(lè )產(chǎn)品包含消費設備的功能，然而這種設備不可能用于動(dòng)力系統應用。對ADAS來(lái)說(shuō)，要分析某種組件是否適用并不容易，因為要綜合考慮各種運算效能、功耗以及功能安全性等要求，只是大多數消費性電子等級的半導體組件產(chǎn)品都無(wú)法滿(mǎn)足這么高的要求。

　　為基于圖像的ADAS提供彈性SoC方案

　　為了克服這些挑戰，賽靈思（Xilinx）透過(guò)汽車(chē)（XA） 級Zynq-7000 All Programmable SoC，開(kāi)發(fā)出既能在A(yíng)RM Cortex-A9核心中進(jìn)行序列處理，又能在可編程設計邏輯架構上進(jìn)行硬件加速平行處理的產(chǎn)品線(xiàn)；該產(chǎn)品線(xiàn)并通過(guò)了AEC-Q100的認證。Zynq支持以軟件為中心的同質(zhì)架構并提供優(yōu)化軟硬件分區以實(shí)現功能加速；與傳統的多芯片解決方案相比，能將整體系統效能提升130%以上。

　　Zynq 適用于A(yíng)DAS平臺的原因在于以單芯片組件實(shí)現了兩種截然不同性質(zhì)的結合：具備雙ARM Cortex-A9核心的軟件處理功能（運行速度高達667MHz），以及可編程邏輯（PL）架構中FPGA的靈活性。處理系統（PS）的使用方法ASSP類(lèi)似，能托管軟件算法，如支持實(shí)時(shí)圖形分析。而PL則能托管定制化的硬件加速器，并能滿(mǎn)足對象感知、辨識、分類(lèi)和追蹤等相關(guān)的密集型運算功能要求；這種靈活性使開(kāi)發(fā)人員能打造軟件和硬件加速器之間的優(yōu)化分區。

　　除此之外，PL還可用于圖像幀訊框擷取、去變形和拼接，也能產(chǎn)生圖形和覆蓋圖。開(kāi)發(fā)人員透過(guò)PL便能擁有寶貴的資源來(lái)應對預料之外的事件?？删幊踢壿嬛械钠叫杏布芙庸芟鄳娜蝿?wù)，進(jìn)而減輕處理器的負載或降低功耗。

　　賽靈思也充分了解到汽車(chē)產(chǎn)業(yè)對于質(zhì)量和可靠性的要求，因此采用AEC-Q100驗證標準作為基本的汽車(chē)質(zhì)量規范基準。從90納米的XA Spartan-3A系列開(kāi)始，賽靈思便根據內部制定的「超越AEC-Q100計劃」嚴格展開(kāi)測試工作，均采用業(yè)界最嚴格的汽車(chē)一級標準和OEM廠(chǎng)商要求，諸多環(huán)節標準嚴格程度甚至達到AEC-Q100的兩倍。賽靈思因此能對于可能出現的故障機制充分了解，并推出高質(zhì)量及高健碩性的XA產(chǎn)品。從功能安全性角度看，賽靈思的工具鏈獲得TUV SUD的認證，且目前量產(chǎn)的ASIL-B圖像系統廣泛采用XA Zynq。

　　利用LogiADAK快取啟動(dòng)

　　賽靈思并與聯(lián)盟成員Xylon合作推出logiADAK自動(dòng)駕駛輔助套件參考平臺。最新版logiADAK 3.0平臺以賽靈思Zynq-7000 All Programmable SoC ZC706開(kāi)發(fā)板為基礎，包含所有基本的硬件、設計工具、IP和預認證參考設計。

　　該參考設計包含提供豐富的定制化檢視模式的后視攝影機等應用，內有后交叉路徑指針和拖車(chē)掛接模式，而前置攝影機功能包括偵測行人以避免碰撞、車(chē)道偏離警示、光學(xué)流演算的盲點(diǎn)偵測以及360度環(huán)景3D和鳥(niǎo)瞰檢視模式視圖。針對360度環(huán)景顯示應用，該平臺支持多達6個(gè)攝像頭，進(jìn)而開(kāi)發(fā)適合商用卡車(chē)或巴士等大型車(chē)輛的系統。

　　logiADAK平臺不僅適用于實(shí)驗室測試，也能簡(jiǎn)易地整合在車(chē)輛中用于多攝影機系統和算法的原型設計測試。

　　然而ADAS視覺(jué)系統中，特別是環(huán)視系統的一個(gè)常見(jiàn)問(wèn)題就是攝影機安裝在車(chē)輛上之后可能無(wú)法完全校正，而且這在生產(chǎn)和維修時(shí)的問(wèn)題尤其嚴重。隨著(zhù)系統中攝像頭數量越多，該問(wèn)題也變得越來(lái)越復雜，現在環(huán)視系統通常要包括4臺甚至6臺攝像頭，通過(guò)不同攝像頭構建統一畫(huà)面的任務(wù)變得更加困難也更費時(shí)。由于適度的校正關(guān)系到系統精確度，因此在logiADAK 3.0中增加了logiOWL自動(dòng)化實(shí)時(shí)拼接校正IP（圖2）。

　　盡管系統已嵌入于車(chē)輛內，但自動(dòng)化校正算法可直接在Zynq組件上執行，且拼接處出良好的拼接環(huán)視影像所需的時(shí)間不超過(guò)10秒。除此之外，無(wú)需特殊的校正，也能由未受過(guò)訓練的人員進(jìn)行相關(guān)工作，進(jìn)而大幅簡(jiǎn)化校正工作并降低成本。