汽車ADAS面臨的挑戰(zhàn)及解決方案

在汽車產(chǎn)業(yè)不斷提高安全性的趨勢(shì)下，車輛需要整合越來越多的外圍攝影傳感器和智能圖像處理技術(shù)，以便實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)，如車道偏離警告、碰撞避免、盲點(diǎn)監(jiān)視、先進(jìn)的倒車攝影以及具有物體識(shí)別功能的周邊環(huán)境觀察系統(tǒng)等。制造商想要?jiǎng)?chuàng)建完全安全的駕駛環(huán)境這一共同目標(biāo)推動(dòng)著這一趨勢(shì)的發(fā)展。例如，Volvo公司的“Zero-by-2020”目標(biāo)，就是希望到2020年乘坐新款Volvo汽車的人不會(huì)再因車禍而死亡甚至受傷。

這些系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)在于需要建立這樣一個(gè)平臺(tái)：能夠保持這些計(jì)算密集型應(yīng)用要求的處理性能，只需消耗較低功率以避免散熱問題，能夠提供整合商愿意采用的高成本效益解決方案，并且系統(tǒng)尺寸要小，能使系統(tǒng)“大腦”與影像傳感器共處一地，并裝配進(jìn)智能攝影機(jī)(如果要求的話)內(nèi)。共存于傳感器上的圖像處理可構(gòu)成系統(tǒng)解決方案，在這種系統(tǒng)中，相同的智能攝影平臺(tái)可應(yīng)用于車輛的不同位置，如后保險(xiǎn)桿——實(shí)現(xiàn)具有物體/人體檢測(cè)功能的增強(qiáng)型倒車攝影機(jī)；反光鏡——用于實(shí)現(xiàn)盲點(diǎn)監(jiān)視；后視鏡背后——用于實(shí)現(xiàn)前向碰撞和車道偏離警告；以及其它外圍攝影機(jī)——用于周邊環(huán)境觀察。此外，這種分布式智能攝影模型不會(huì)因額外處理要求而加重汽車中央控制臺(tái)的負(fù)擔(dān)。

圖1：先進(jìn)的駕駛輔助系統(tǒng)。

市場報(bào)告指出，在今后幾年中，ADAS不僅會(huì)廣泛用于高階汽車，而且還會(huì)用于更普通的中低階汽車。除了要求每個(gè)應(yīng)用提供更強(qiáng)的運(yùn)算性能外，還有在相同的硬件平臺(tái)上結(jié)合來越多ADAS應(yīng)用的需求。但這也升高了一項(xiàng)疑慮——目前的DSP和FPGA解決方案夠用嗎？

DSP算法執(zhí)行方案中最大的瓶頸之一，是為了跟上讀寫訪問速度而負(fù)擔(dān)越來越重的外部內(nèi)存。傳統(tǒng)的DSP提供有限的并行執(zhí)行能力，為了滿足處理要求，通常要求工作在越來越高的頻率頻率。而隨著頻率頻率的不斷攀升，DSP將消耗更多的功率，進(jìn)而產(chǎn)生更多的熱量需要散發(fā)。雖然FPGA的并行執(zhí)行能力要比DSP強(qiáng)，但比較難編程序，且經(jīng)常需要用RISC處理器進(jìn)行資料的后處理。FPGA也具有很大的功耗，而且系統(tǒng)尺寸大，總之是一種成本較高的解決方案。

影像識(shí)別的未來：多核心平行處理

由CogniVue影像識(shí)別處理器(ICP)執(zhí)行的多核心平行處理性能在許多方面都已超越DSP和FPGA。在單位面積、單位毫瓦功率內(nèi)，ICP能提供更好的性價(jià)比。

CogniVue APEX架構(gòu)整合了用于管理算法執(zhí)行的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)RISC核心和高度平行的單指令多數(shù)據(jù)(SIMD)數(shù)組處理引擎(APU)，可用于執(zhí)行圖像處理和分析算法中固有的低層運(yùn)算密集型并行操作。這種架構(gòu)中除了RISC和APU外，還有新設(shè)計(jì)的串流DMA，用于確保高效的數(shù)據(jù)移動(dòng)；以及設(shè)計(jì)用于自動(dòng)和高效排序操作以確保最大效率的排序器。第二個(gè)RISC核心在APEX外部獨(dú)立運(yùn)作，用于處理系統(tǒng)級(jí)常駐程序。

APU內(nèi)部為每個(gè)計(jì)算單元準(zhǔn)備了本地專用內(nèi)存。影像數(shù)據(jù)取自外部內(nèi)存，然后流進(jìn)APU內(nèi)存，在數(shù)據(jù)流出和存回系統(tǒng)內(nèi)存之前，所有處理工作都在APU內(nèi)存中完成。由于APU內(nèi)存與APU單元位于一處，因此可以大幅地減少外部內(nèi)存存取的次數(shù)，不必提高頻率頻率就能維持高運(yùn)算性能。APEX處理核心與ICP的其余部分也是分開的，這意味著APEX核心工作頻率獨(dú)立于SoC的其余部分，允許組件其余部分工作在較低的頻率頻率，從而節(jié)省功耗。透過將外部內(nèi)存堆棧在封裝內(nèi)部，這種方案可以實(shí)現(xiàn)更小的系統(tǒng)尺寸，達(dá)到節(jié)省電路板占用面積的目的。

由于采用了平行處理器核心和基于串流程序設(shè)計(jì)的獨(dú)特軟件范例，CogniVue ICP可以調(diào)度復(fù)雜的向量操作，并在數(shù)據(jù)移動(dòng)最少的情況下執(zhí)行程序代碼。這些處理器只要有可能就會(huì)實(shí)現(xiàn)算法原語的自動(dòng)管線式操作，并透過一個(gè)全面的API擷取這種復(fù)雜性，從而隱藏掉系統(tǒng)負(fù)載平衡的復(fù)雜度，消除開發(fā)人員面臨的多核心同步問題。

高度并行機(jī)制加上高ALU帶寬架構(gòu)展示了一個(gè)可行的平臺(tái)，它提供足夠富余的功能和處理能力，可在相同的硬件上并行執(zhí)行多個(gè)應(yīng)用。靈活的開發(fā)平臺(tái)和SDK使得用戶能夠靈活程序設(shè)計(jì)APEX，并建構(gòu)極具競爭力的差異化應(yīng)用。這種多核心平行平臺(tái)之所以能夠得到開發(fā)人員的青睞，不僅因?yàn)樗芴峁┫冗M(jìn)的性能、功耗和尺寸特性，而且能保證在未來ICP中的程序代碼再使用，從而確保最少的開發(fā)工作和時(shí)間。

圖2：可編程設(shè)計(jì)的平行架構(gòu)。