Zynq UltraScale+ MPSoC SoM modulok LiDAR-hoz

(kép: iWave Systems)

A LiDAR számos tudományos és katonai alkalmazásban fontos távérzékelési technológiává vált. Nagy felbontású és pontos háromdimenziós mérést biztosít a térbeli struktúrákról, a kapott adatokat könnyen 3D térképekké alakítja a környezet értelmezéséhez, és működését még problematikus időjárási és fényviszonyok sem befolyásolják.

A Zynq UltraScale+ MPSoC adaptálhatósága LiDAR technológiához

A Zynq UltraScale+ MPSoC eszközök adaptív SoC-alapú terméktervezést tesznek lehetővé, ami rendkívül ígéretes a LiDAR-rendszerek megvalósításához. Mivel a processzor és az FPGA-architektúra egyetlen eszközre van integrálva, így rugalmas, mégis optimalizált megoldásokat lehet telepíteni gyorsan bármely adott területen.

Az FPGA programozhatósága nagyfokú rugalmasságot biztosít a termékek egyedi képességeinek kifejlesztése tekintetében. Emellett az FPGA-kkal megvalósítható többszintű párhuzamosság felgyorsíthatja az adatfeldolgozást.

A Zynq UltraScale+ MPSoC sorozata a valós idejű vezérlést ötvözi a grafikai, a videó-, a hullámforma- és a csomagfeldolgozás szoftveres és hardveres motorjaival. Ennek köszönhetően az MPSoC-eszközök elég erősek és rugalmasak ahhoz, hogy korszerű képességeket biztosítsanak a LiDAR-érzékelők számára, mint amilyen például a jelfeldolgozás, a pontfelhő alapú előfeldolgozás és a pontfelhő alapú gépi tanulás gyorsítása. Emellett a Zynq MPSoC-t tartalmazó eszközök közismerten energiatakarékosak, ami a LiDAR-ok esetén kritikus fontosságú.

SoM alapú megoldások előnyei LiDAR termékek építésekor

A rendszermodul (System on Module, SoM) alapú megközelítés LiDAR-t tartalmazó termékek építésekor jelentős előnyöket biztosít, mivel a tervezési ciklusban számos összetett feladat lekerül a tervező válláról. A terméktervező a firmware- és szoftvercsomagok fejlesztésére összpontosíthat, mivel a komplex hardvertervezési résszel nem kell foglalkoznia. Ez jelentősen lerövidíti a piacra kerülési időt, és csökkenti a termékfejlesztési költségeket.

A SoM megoldás továbbá óriási skálázhatóságot és rugalmasságot biztosít a tervezők számára, amikor a hordozó kártya kialakításának megváltoztatása nélkül nagyobb számítási teljesítményű SoM-ra térnek át.

A Zynq MPSoC SoM modulok képességei LiDAR-okhoz

A Zynq UltraScale+ MPSoC SoM a heterogén Arm® + FPGA architektúrára épül, és robusztus feldolgozó rendszer és programozható logika (processing system, PS és programmable logic, PL) kombinációt tartalmaz.

• A PS-ben egy max. 1,5 GHz-es órajelen működő négymagos Arm Cortex®-A53 processzor található, valamint egy valós idejű feldolgozóegység, amely max. 600 MHz-es órajelen működő Arm Cortex-R5 processzorokkal van felszerelve.
• A PL a 16 nm-es UltraScale+ architektúrán alapul, amely akár 504 K konfigurálható logikai blokkot, blokk-RAM-ot és DSP elemeket tartalmazhat.

1. ábra: A Zynq UltraScale+ MPSoC SoM (kép: iWave Systems)

Egyéb lényeges előnyei többek között a következők:

• Bármilyen interfésszel való kompatibilitás
• Tervezési eszközláncok
• Képfeldolgozási képességek
• Gyorsított neurális hálózat
• Biztonsági és védelmi funkciók

Bármilyen interfésszel való kompatibilitás

A különböző interfész-szabványoknak való megfelelés jelentős problémát jelent az érzékelők számára szükséges interfészek biztosítása majd az adatok feldolgozása során. Egy tipikus megoldásnak képesnek kell lennie a nagy sebességű interfészek (például MIPI, JESD204B, LVDS és GigE) támogatására, hogy kompatibilis legyen a nagy sávszélességű érzékelőkkel, például kamerákkal, RADAR-ral és LiDAR-ral. Biztosítani kell az érzékelőkkel való kapcsolatot majd az adatok feldolgozását is az alacsonyabb sávszélességű, a CAN, az SPI, az I2C és gyorsulásmérők esetében az UART szabványokat használó érzékelőkkel való összeköttetéshez.

A Zynq UltraScale+ MPSoC PS és PL blokkjai számos ipari szabványos interfészt támogatnak, mint amilyen például a CAN, az SPI, az I2C, az UART és a GigE. A PL I/O rugalmassága lehetővé teszi a MIPI, LVDS és GigaBit Serial Linkek közvetlen csatlakoztatását, ami magasabb szintű protokoll implementációt tesz lehetővé a PL-en belül.

Azáltal, hogy a hardvertervezésen belül a megfelelő fizikai (PHY) réteg biztosított, a PL lehetővé teszi bármilyen interfész megvalósítását, így tehát bármilyen interfésszel kompatibilis.

Tervezési eszközláncok

A Zynq UltraScale+ eszközökhöz a Vivado Design Suite fejlesztői csomag társul a PS és a PL konfigurálásához. A Vivado teljes PL-fejlesztési környezetet nyújt, beleértve a szintézist, az alkatrész- és útvonal-elhelyezést és a szimuláció támogatását.

A Vitis a szoftvermegoldások fejlesztése során kerül a képbe. Támogatja a beágyazott Linux fejlesztést a PetaLinux és valós idejű operációs rendszerek, például a FreeRTOS használatával.

A rendszerfejlesztési képességek mellett a Vitis támogatja a PL-en belüli kernelgyorsítást az OpenCL használatával.

Képfeldolgozási képességek

A képfeldolgozásnak kritikus jelentősége van a LiDAR rendszerekben a navigáció és a figyelemmel kísérés szempontjából. Az ezekben a rendszerekben használt algoritmusokat általában magas szintű keretrendszerekben, például az OpenCV-ben készítik és modellezik.

A Zynq UltraScale+ MPSoC EV sorozat egy H.264/H.265 videokódoló egységet tartalmaz a képfeldolgozás támogatására.

Gyorsított neurális hálózat

A képfeldolgozás mellett a gépi tanulás is az egyik létfontosságú technológia automatizált rendszerek fejlesztésekor. Gépi tanulás használatával az autópályán lévő tárgyak kiértékelhetők vagy pedig segít az utasok figyelésében és figyelemmel kísérésében.

Ennek lehetővé tételéhez a Vitis AI fejlesztői csomag a Model Zoo, AI Compiler, AI Optimizer, AI Quantizer és AI Profiler elemekkel rendelkezik, melyek segítségével az alkalmazás a mélytanulási feldolgozóegységre telepíthető.

Biztonsági és védelmi funkciók

Az AES (Advanced Encryption Standard) a Xilinx-eszközök konfigurációjának védelmére szolgál.

A Zynq UltraScale+ MPSoC modulok a PS-en belüli konfigurációs biztonsági egységen (CSU) keresztül további rétegzett biztonsági megoldásokat biztosítanak. A CSU támogatja az AES 256-GCM, a 4096 RSA Multiplier és az SHA-384 motorokat titkosítási, hitelesítési és integritási funkciókat biztosítva ezzel.

A beépített rendszermonitoron keresztül az illetéktelen manipuláció elleni fellépés lehetővé teszi az ügyfelek számára, hogy nyomon kövessék az eszközfeszültségeket és a SoM modulon lévő lapkák hőmérsékletét.

Az iWave Zynq MPSoC SoM rendszerek skálázhatósága

Az iWave széleskörű SoM portfóliót kínál a Zynq UltraScale+ MPSoC sorozathoz a ZU4-től kezdve a ZU19 változatokig. Ezek a modulok számos iparágon belül használhatók, beleértve a csúcskategóriás ipari, katonai és védelmi rendszereket is.

A logikai sűrűség, az I/O elérhetőség, az adó-vevő sávok száma és a nagy sebességű DDR kialakítás tekintetében ezek a SoM rendszermodulok kiváló skálázhatóságot biztosítanak a végfelhasználói rendszerek számára. Így egy megtervezett hordozókártya a végtermékek széles skálájához igazodva több I/O port lefedésére is használható, a 192K logikai cellával rendelkező ZU4-től az akár 1,1M logikai cellával rendelkező ZU19-ig.