Systém na modulech Zynq UltraScale+ MPSoC pro LiDAR

(Zdroj obrázku:iWave Systems )

LiDAR se ukázala jako důležitá technologie dálkového průzkumu pro mnoho vědeckých a vojenských aplikací. Tato technologie poskytuje vysoké rozlišení a přesná měření 3D struktur, snadno převádí přijatá data do 3D map pro interpretaci okolí a zůstává nedotčena i v náročných povětrnostních a světelných podmínkách.

Adaptabilita systému Zynq UltraScale+ MPSoC pro podporu technologie LiDAR

Součástky Zynq UltraScale+ MPSoC umožňují adaptivní návrh produktu se systémem na čipu (SoC), který je mimořádně slibný pro implementaci aplikací LiDAR. Integrace procesoru i architektury FPGA do jediné součástky umožňuje rychlé nasazení flexibilního, avšak optimalizovaného řešení pro jakoukoli danou doménu.

Programovatelnost pole FPGA poskytuje velkou flexibilitu při vývoji vlastních funkcí pro produkt. Pole FPGA mají také potenciál urychlit zpracování využitím víceúrovňového paralelismu.

Řada Zynq UltraScale+ MPSoC kombinuje ovládání v reálném čase s měkkými a tvrdými motory pro zpracování grafiky, videa, křivek a paketů. V důsledku toho jsou součástky MPSoC dostatečně výkonné a flexibilní, aby poskytovaly pokročilé funkce pro senzory LiDAR: zpracování signálu, předběžné zpracování bodového cloudu a zrychlení strojového učení v bodovém cloudu. Součástky Zynq MPSoC jsou navíc dobře známé svou vysokou energetickou účinností, což je pro technologii LiDAR zásadní kritérium.

Proč používat koncepci SoM k vytváření produktů LiDAR

Použití koncepce systému na modulu k vytváření produktů LiDAR poskytuje významné výhody tím, že odlehčuje několik složitostí zahrnutých v konstrukčním cyklu. Produktový konstruktér se může soustředit na vývoj sad firmwaru a softwaru tím, že eliminuje složitou hardwarovou část návrhu. To výrazně zkracuje dobu uvedení na trh se sníženými náklady na vývoj produktu.

Systémy na modulech dále konstruktérům poskytují obrovskou škálovatelnost a flexibilitu při migraci na vyšší výpočetní úroveň SoM, aniž by se měnila konstrukce nosné karty.

Funkce systému Zynq MPSoC na modulu pro LiDAR

Systém Zynq UltraScale+ MPSoC SoM obsahuje heterogenní architekturu Arm® + FPGA a poskytuje robustní kombinaci systému zpracování (PS) a programovatelné logiky (PL).

• Systém PS obsahuje čtyřjádrový procesor Arm Cortex®-A53 pracující na frekvenci až 1,5 GHz a procesorovou jednotku v reálném čase vybavenou procesory Arm Cortex-R5 pracujícími na frekvenci až 600 MHz.
• Logika PL založená na 16nm architektuře UltraScale+ obsahující až 504k konfigurovatelný logický blok, blokovou paměť RAM a prvky DSP

Obrázek 1: systém na modulu (SoM) Zynq UltraScale+ MPSoC. (Zdroj obrázku: iWave Systems)

Mezi další výhody patří:

• Propojení mezi všemi
• Nástroje design toolchains
• Možnosti zpracování obrazu
• Zrychlená neuronová síť
• Bezpečnostní a zabezpečovací prvky

Propojení mezi všemi

Shoda s různými standardy rozhraní je významnou výzvou, kterou představuje rozhraní a zpracování snímačů. Typické řešení by mělo mít schopnost podporovat vysokorychlostní rozhraní, například MIPI, JESD204B, LVDS a GigE podporující senzory s velkou šířkou pásma, jako jsou kamery, RADAR a LiDAR. Rozhraní a zpracování snímačů bude také vyžadováno pro rozhraní se snímači s nižší šířkou pásma, které pro akcelerometry používají standardy jako CAN, SPI, I2C a UART.

Součástky Zynq UltraScale+ MPSoC PS a PL podporují řadu standardních průmyslových rozhraní, jako jsou CAN, SPI, I2C, UART a GigE. Flexibilita PL I/O umožňuje přímé propojení s MIPI, LVDS a GigaBit Serial Links, což umožňuje vyšší úrovně implementace protokolu v rámci PL.

Poskytnutím správného PHY v návrhu hardwaru umožňuje PL implementovat jakékoli rozhraní a poskytuje rozhraní mezi všemi.

Nástroje design toolchains

Součástky Zynq UltraScale+ jsou dodávány se sadou Vivado Design Suite pro konfiguraci PS a PL designu. Plaftorma Vivado poskytuje kompletní zkušenosti s vývojem logiky PL, včetně podpory syntézy, místa a trasy a simulace.

Platforma Vitis vstupuje do hry, pokud jde o vývoj softwarových řešení. Platforma Vitis podporuje vývoj systému Embedded Linux pomocí PetaLinux a operačních systémů v reálném čase, jako je FreeRTOS.

Kromě možností vývoje systému podporuje platforma Vitis akceleraci jádra v rámci PL pomocí OpenCL.

Možnosti zpracování obrazu

Zpracování obrazu je rozhodující v aplikacích LiDAR pro navigaci a monitorování. Algoritmy používané v těchto systémech jsou obvykle vytvářeny a modelovány v rámcích na vysoké úrovni, jako je OpenCV.

Jednotka video kodeku H.264/H.265 je součástí řady Zynq UltraScale+ MPSoC EV pro podporu zpracování obrazu.

Zrychlená neuronová síť

Kromě zpracování obrazu je strojové učení klíčovou technologií pro vývoj automatizovaných aplikací. Strojové učení pomáhá klasifikovat objekty na dálnici nebo pozorovat a sledovat cestující.

Pro dosažení tohoto cíle poskytuje umělá inteligence Viti AI Model Zoo, kompilátor AI, Optimizer, Quantizer a profiler pro nasazení aplikace do procesorové jednotky hlubokého učení.

Bezpečnostní a zabezpečovací prvky

K zabezpečení konfigurace zařízení Xilinx se používá standard Advanced Encryption (AES).

Součástky Zynq UltraScale+ MPSoC dále implementují vrstvená bezpečnostní řešení prostřednictvím konfigurační bezpečnostní jednotky (CSU) v rámci PS. Jednotka CSU podporuje AES 256-GCM, 4096 RSA Multiplier a SHA-384, které poskytují funkce důvěrnosti, ověřování a integrity.

Odezva proti neoprávněné manipulaci prostřednictvím vestavěného monitoru systému umožňuje zákazníkovi sledovat napětí zařízení a teploty matrice systému na modulu (SoM).

Škálovatelnost napříč iWave Zynq MPSoC SoM

Společnost iWave nabízí rozsáhlé portfolio systémů na modulech pro součástky řady Zynq UltraScale+ MPSoC v rozsahu variant ZU4 až ZU19. Tyto moduly slouží řadě průmyslových odvětví, včetně špičkového průmyslu, armády a obrany.

Pokud jde o logickou hustotu, dostupnost I/O, počet tras transceiveru a vysokorychlostní návrh DDR, tyto systémy na modulu poskytují vynikající škálovatelnost pro koncové aplikace. Navržená nosná deska tak může pokrýt více I/O portů pro širokou škálu koncových produktů, od ZU4 se 192k logickými buňkami až po ZU19 s až 1,1 M logických buněk.