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(多图) 通过FPGA设计安全的高级辅助驾驶系统

Altera?? 2014年08月26日 ?? 收藏0

ADAS单前端摄像机应用系统概念

本文举例的前端摄像机应用使用了ADAS中常见的一个图像传感器。图2显示了系统的整体框图。

图2 高级单前端摄像机ADAS
图2 高级单前端摄像机ADAS

一个图像传感器连接至图像处理器,即Altera Cyclone V SoC。信号处理链和数据流被分成4部分:

◆ 通过把图像变换成更实用的表示,在像素级上进行底层处理。

◆ 对行图像或者块图像进行中间级处理,使用相应的算法,例如Sobcl滤波器或者Canny边沿探测算法等,提取出边沿等特征。

◆ 进行高级处理,提取出每一帧的数据,探测目标并分类。

◆ 跟踪识别出的目标,决定在危险环境下是否需要采取措施,例如刹车或者换挡电子控制单元(ECU)等会要求与微控制器进行通信。

在FPGA上能够非常高效地实现底层和中间级处理,但用户也可以在Cyclone V SoC硬核处理器系统(HPS)的Cortex—A9处理器等CPU上实现某些中间级处理。高级处理主要是控制代码,可以映射到HPS中的一个或两个Cortex—A9上。处理链的最后一步是目标跟踪和判决,可以在外部微控制器上完成这一步。

在整个处理过程中,每一步将输入数据进行简化得到更有意义的数据,数据减少意味着提高了安全临界。因此,底层实现可以分成质量管理(QM)或底层ASIL(如ASIL-A)。这样的原因是,一个像素期间引入的故障对后续算法性能的影响很小,可以忽略。在这个例子中,假设中间级处理符合ASIL-A或者ASIL-B,识别目标并进行分类的高级处理应符合ASIL-B。对目标进行分类后,生成目标表,提供给微控制器,进行目标跟踪和判决。这是信号链最关键的部分,我们假设它应该符合ASIL-D,这对汽车的行力有直接影响。

组件应用功能

图3显示了单前端摄像机系统实例的总体结构图。由一个外部电源管理电路为Cyclone V SoC提供电源。当供电电压不在额定工作范围内时,单独的电压监控功能会产生复位。外部非易失存储器连接至四路串行外设(quad SPI)模块,用于系统启动过程中装入应用程序并配置FPGA。执行应用代码,存储数据和图像帧时,我们使用DDR存储器。通过SPI连接外部微控制器,进行目标探测和最终判决,通过CAN总线接口与汽车基础结构的其他部分进行通信。

图3 单前端摄像机系统实例
图3 单前端摄像机系统实例

图4 Cyclone V SoC模块视图
图4 Cyclone V SoC模块视图

图4显示了单前端摄像机应用中的图像处理器模块。由于具体实现各不相同,因此,并没有详细介绍FPGA的具体执行过程,但是对于在更高抽象级别上介绍不同分析步骤这样的目的来说已经足够了。


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辅助驾驶系统? 车辆控制? 图像处理? FPGA?

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