引言：

　　本文引用地址: http://embed.21ic.com/news/technology/201804/51608.html

　　2018年4月11日,，工業(yè)和信息化部、公安部和交通運(yùn)輸部聯(lián)合發(fā)布“關(guān)于印發(fā)《智能網(wǎng)聯(lián)汽車道路測(cè)試管理規(guī)范(試行)》的通知”，為我國(guó)智能網(wǎng)聯(lián)汽車道路測(cè)試提供了相關(guān)法律依據(jù),。三部委在賦予智能網(wǎng)聯(lián)汽車上路資格的同時(shí)，也提出了若干嚴(yán)格的條件,。

　　其中,，在第二章“測(cè)試主體、測(cè)試駕駛?cè)思皽y(cè)試車輛”的第七條第(四)點(diǎn)中,，三部委要求：具備車輛狀態(tài)記錄,、存儲(chǔ)及在線監(jiān)控功能,，能實(shí)時(shí)回傳下列第1、2,、3項(xiàng)信息,，并自動(dòng)記錄和存儲(chǔ)下列各項(xiàng)信息在車輛事故或失效狀況發(fā)生前至少90秒的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)間不少于3年：

　　1. 車輛控制模式;

　　2. 車輛位置;

　　3. 車輛速度,、加速度等運(yùn)動(dòng)狀態(tài);

　　4. 環(huán)境感知與響應(yīng)狀態(tài);

　　5. 車輛燈光,、信號(hào)實(shí)時(shí)狀態(tài);

　　6. 車輛外部360度視頻監(jiān)控情況;

　　7. 反映測(cè)試駕駛?cè)撕腿藱C(jī)交互狀態(tài)的車內(nèi)視頻及語音監(jiān)控情況;

　　8. 車輛接收的遠(yuǎn)程控制指令(如有);

　　9. 車輛故障情況(如有)。

　　由此可以看出,，上述條件除了對(duì)進(jìn)行道路測(cè)試的智能網(wǎng)聯(lián)汽車有若干功能性要求外,，還在相關(guān)領(lǐng)域?qū)⑼苿?dòng)若干新一代通信、監(jiān)控,、控制和存儲(chǔ)等技術(shù)的發(fā)展,，為智能網(wǎng)聯(lián)汽車專用SoC的開發(fā)提供新的市場(chǎng)機(jī)會(huì)。

　　嵌入式FPGA(eFPGA)將在這類芯片中扮演重要角色,。如為了滿足第六條中提到的車輛外部360度視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的獲取和處理,，采用eFPGA來設(shè)計(jì)相關(guān)功能芯片具有很明顯的優(yōu)勢(shì)。作為同時(shí)提供獨(dú)立FPGA芯片和eFPGA IP產(chǎn)品的公司,，Achronix可以幫助智能汽車SoC設(shè)計(jì)人員先在FPGA芯片上開發(fā)和調(diào)試相關(guān)功能,，而在市場(chǎng)進(jìn)入批量化應(yīng)用后無需顯著修改設(shè)計(jì)，立即將設(shè)計(jì)移植到搭載了eFPGA的SoC之上,。

　　有關(guān)eFPGA如何支持嵌入式360度視域視覺系統(tǒng)設(shè)計(jì),，請(qǐng)閱讀Achronix Semiconductor資深產(chǎn)品營(yíng)銷經(jīng)理Alok Sanghavi的文章，標(biāo)題為“將eFPGA應(yīng)用于嵌入式360度視域視覺系統(tǒng)中”,。

　　帶有多個(gè)高分辨率攝像頭的嵌入式360°視域視覺系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)入了各種應(yīng)用中,，如汽車傳感器融合、視頻監(jiān)控,、目標(biāo)檢測(cè),、運(yùn)動(dòng)分析等。在此類系統(tǒng)中,，多個(gè)實(shí)時(shí)攝像機(jī)的視頻流(最多6個(gè)) 被匯聚在一起逐幀處理,，進(jìn)行失真和其他圖像偽影校正，調(diào)整曝光和白平衡,，然后動(dòng)態(tài)拼接成一個(gè)360°全景視圖,，以4K清晰度和60 fps幀頻輸出，最終投影到一個(gè)球形坐標(biāo)空間上,。

　　目前用于此類應(yīng)用的高分辨率魚眼相機(jī)鏡頭通常具有一個(gè)廣角視域(FOV),。環(huán)視相機(jī)系統(tǒng)最大的瓶頸之一是: 實(shí)時(shí)到或從外部存儲(chǔ)器存儲(chǔ)/讀取和訪問多路攝像機(jī)輸入數(shù)據(jù)，然后將其作為一個(gè)單一幀進(jìn)行處理。硬件需要在一幀延遲內(nèi),，在輸入攝像機(jī)傳入的原始傳感器數(shù)據(jù)和拼接輸出視頻之間完成處理運(yùn)行。

　　高性能計(jì)算平臺(tái)一直朝著與CPU一起協(xié)同使用FPGA的方向發(fā)展,，以便為實(shí)時(shí)圖像處理任務(wù)提供專門的硬件加速,。 這種配置使得CPU能專注于特別復(fù)雜的算法，其中它們可以快速切換線程和上下文,，并將重復(fù)性任務(wù)分配給一個(gè)FPGA,，以充當(dāng)可配置的硬件加速器/協(xié)處理器/卸載引擎。 即使將FPGA和CPU作為分立器件使用,，系統(tǒng)也可以提高整體效率,，因?yàn)檫@些技術(shù)不會(huì)發(fā)生沖突，而是像將手套戴在手上一樣來配合在一起,。

　　例如,，從魚眼鏡頭獲得的圖像遭受嚴(yán)重失真之苦，因而基于多個(gè)相機(jī)視頻生成的拼接操作是高度計(jì)算密集型的任務(wù),，其原因?yàn)樗屈c(diǎn)像素操作,。這種拼接需要大量的實(shí)時(shí)圖像處理和高度并行化的架構(gòu)。但是,，這種下一代的應(yīng)用超過了FPGA可不斷接續(xù)實(shí)現(xiàn)的性能,，主要是由于芯片吞吐數(shù)據(jù)的延遲。這反過來會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的整體延遲,、吞吐速度和性能,。

　　在一個(gè)SoC中加入可與CPU一起嵌入的eFPGA半導(dǎo)體知識(shí)產(chǎn)權(quán)(IP)。與一個(gè)獨(dú)立的FPGA芯片加CPU解決方案相比,，嵌入式FPGA陣列結(jié)構(gòu)具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),，主要優(yōu)勢(shì)在于性能更強(qiáng)。一個(gè)eFPGA可通過一個(gè)寬的并行接口直接連接到ASIC(無I / O緩沖器)上,，提供顯著提高的吞吐量,，以及以個(gè)位數(shù)時(shí)鐘周期來計(jì)數(shù)的延遲。低延遲是復(fù)雜的圖像實(shí)時(shí)處理過程的關(guān)鍵,，例如糾正魚眼鏡頭的失真這樣的處理,。

　　利用Speedcore eFPGA IP，客戶可以定義其邏輯,、內(nèi)存和DSP資源需求,，然后Achronix可配置其IP以滿足他們的需求。查找表(LUTs),、RAM單元塊和DSP64單元塊可以像積木一樣進(jìn)行組合,，為任何給定的應(yīng)用創(chuàng)建最佳的可編程結(jié)構(gòu)。

　　除了標(biāo)準(zhǔn)邏輯,、嵌入式存儲(chǔ)器和DSP單元模塊之外,，客戶還可以在Speedcore eFPGA結(jié)構(gòu)里面定義他們自己的功能塊,。通過把這些定制功能模塊與傳統(tǒng)構(gòu)建模塊一起集成到邏輯陣列結(jié)構(gòu)中，可添加優(yōu)化過的功能來減少面積和提高目標(biāo)應(yīng)用的性能,，可使eFPGA的性能得到極大的提高,，特別是對(duì)嵌入式視覺和圖像處理算法非常有效。

　　用自定義單元塊來成功地解決高性能圖像處理就是一個(gè)很好的例子,，在實(shí)現(xiàn)您只看一次(YOLO)這一種使用了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的,、最先進(jìn)的、實(shí)時(shí)對(duì)象檢測(cè)算法時(shí),，可以優(yōu)于早期的方法大大提高性能,。該算法依賴于大量的矩陣乘法器，而在FPGA中實(shí)現(xiàn)時(shí),，這些矩陣乘法器需要使用DSP和RAM模塊來構(gòu)建;YOLO所需要的DSP和RAM模塊之間的最佳配置,，與一個(gè)典型的FPGA陣列結(jié)構(gòu)中發(fā)現(xiàn)的不匹配之處就會(huì)出現(xiàn)問題。例如,，F(xiàn)PGA陣列結(jié)構(gòu)可能提供18×27乘法/累加單元塊和32×128 RAM的DSP單元塊,，而此時(shí)的最佳解決方案可能是帶有48×1024 RAM的16×8 DSP單元塊。通過創(chuàng)建實(shí)現(xiàn)最佳DSP和RAM模塊配置的定制單元塊,，所得到的Speedcore陣列結(jié)構(gòu)所使用的芯片面積就會(huì)減少40%,，來實(shí)現(xiàn)相同的功能并且能獲得更高級(jí)別的系統(tǒng)性能。

　　在SoC中嵌入FPGA陣列結(jié)構(gòu)提供了兩個(gè)額外的系統(tǒng)級(jí)好處：

　　更低的功耗 - 可編程I / O電路占獨(dú)立FPGA芯片總功耗的一半,，而一個(gè)eFPGA可以與主控SoC中的其他模塊直接內(nèi)部線路連接,，完全不需要大型可編程I / O緩沖器。

　　更低的系統(tǒng)成本 - 由于eFPGA只需實(shí)現(xiàn)特定功能,，eFPGA的裸片尺寸遠(yuǎn)小于等效的獨(dú)立FPGA芯片,，這是因?yàn)閑FPGA不再需要可編程的I / O緩沖器和不必要的接口邏輯。

　　借助超低延遲和實(shí)時(shí)處理功能,，可以有效實(shí)現(xiàn)基于360°視域的視覺系統(tǒng),，具有定制單元塊的Speedcore eFPGA與同一主控SoC中的一個(gè)CPU配合使用，非常適合去實(shí)現(xiàn)專用功能,，如目標(biāo)檢測(cè)和圖像識(shí)別,、變形和失真校正、以及最后將最終圖像拼接在一起,。在SoC中嵌入FPGA陣列結(jié)構(gòu)是超深亞微米時(shí)代系統(tǒng)集成的一個(gè)自然發(fā)展過程,。