組み込み360度ビジョンビジョンシステムにおけるeFPGAの応用

はじめに:2018年4月11日、工業情報化省、公安および運輸省の省が共同で中国の自動車インテリジェントネットワークのための道路をリンク「の」車のロードテスト管理の実践を結ぶインテリジェントネットワーク(試用版)「の発行について」を発行3つの省庁は、道路に加わるためにインテリジェントネットワークの資格を与えながらいくつかの厳しい条件を提出した。

その中で、「被験者、テストドライバー、テスト車両」の7番目の記事「第4のポイント」では、3つの省庁が以下を要求しています:車両状態記録、保管とオンライン監視機能、車両の事故や故障の少なくとも90秒前に自動的に次の情報を記録して保管します。データの保管期間は3年以上です。

1.車両の制御モード2.車両の位置3.車両の速度、加速度およびその他の動作状態4.環境の認識および応答の状態5.車両の照明、信号のリアルタイムステータス6.車外の360度のビデオ監視、テストドライバおよびヒューマンマシンの相互作用ステータスの車載ビデオおよび音声モニタリングを反映する; 8.車両によって受信されたリモートコントロールコマンド(もしあれば); 9.車両障害条件(存在する場合)。

また、関連分野のインテリジェント・ネットワーク・リンクに道路試験のための車を結ぶインテリジェントネットワークの次世代通信、監視、制御および記憶技術の開発の数を促進する、機能要件の数外部上記の条件に加えて、見ることができます自動車向けSoCの開発は、新しい市場機会を提供します。

埋め込みFPGA(eFPGA)は、チップのこのタイプにおいて重要な役割を果たします。360度ビデオ監視データの取得及び処理の条VIで述べたように車両の外部を満たすために、設計関連するeFPGAを使用して機能チップは明らかな利点を有しています同じ時間は、独立したFPGAチップとeFPGA IP製品会社を提供して、Achronixは、スマート車のSoC設計者は、FPGAチップ上デバッグ関連機能を開発し、するのに役立ち、かつ大幅な設計変更せずに市場参入のバッチ・アプリケーションの直後に、マイグレーションを設計することができますeFPGAを搭載したSoCへ

どのビューのビジュアル組み込み設計システムのeFPGAサポート360度のフィールドについては、Achronixセミコンダクター、「組込ビジョンシステムのためのビューのeFPGA 360度のフィールド」と題した記事で、シニアプロダクトマーケティングマネージャのAlokサンガビをお読みください。

組み込み360度ビジョンビジョンシステムにおけるeFPGAの応用

著者:Alokサンガビ、Achronix半導体シニアプロダクトマーケティングマネージャー

複数の高解像度カメラを搭載した360°ビジョンビジョンシステムは、車載センサー融合、ビデオ監視、ターゲット検出、モーション解析などのさまざまなアプリケーションに参入しています。このようなシステムでは、複数のリアルタイムカメラ(6まで)ビデオストリームは60のFPSの4K解像度とフレームレートに360°のパノラマビューにスプライシング一緒にフレーム単位、歪みや他の画像アーチファクト補正、露出とホワイトバランス調整をもたらし、そして動的れます最終的に球座標空間に投影されます。

現在、このようなアプリケーションの高解像度魚眼カメラのレンズは、通常、視野の広角視野(FOV)は周りの最大のボトルネックカメラシステムの一つを探しているために使用されます。リアルタイムまたは外部メモリから複数のカメラ入力を/保存読んで、アクセスするには入力された生センサデータと入力カメラのステッチングされた出力ビデオとの間の処理を完了するために、ハードウェアは1フレーム遅延内にある必要があります。

CPUと高性能コンピューティング・プラットフォームは、リアルタイム画像処理タスクのための専用のハードウェアアクセラレーションを提供する方向に配位FPGAの使用に向けてきた。この構成は、それらが迅速にスレッドとコンテキストを切り替えることができ、特に複雑なアルゴリズムを、上に集中するCPUを可能にしますこれらの技術は競合しないので、FPGAに割り当てられた反復的な作業は、ディスクリートデバイスとして使用FPGAやCPUは、また、システムの全体的な効率を向上させることができたとしても構成されたハードウェアアクセラレータ/コプロセッサ/アンロード・エンジンとして機能しますあなたの手に手袋をかけるのが好きです。

例えば、魚眼レンズから得られた画像は、重度の歪みに悩まさ、スプライシング動作は、このように複数のカメラ映像生成に基づいているその理由は、点画素動作である、高度に計算集約的なタスクである。これは、リアルタイム画像ステッチの多くを必要とそして高度な並列処理アーキテクチャが、アプリケーションのこの次世代のFPGAは、主として遅延チップデータスループットを達成性能を追従し続けることができる。これが今度はシステムの全体的なレイテンシ、スループットスピードおよび性能に影響を与える超えます。

SOCの埋め込みCPU eFPGA半導体知的財産(IP)と一緒に添加することができる。FPGAチップとCPUの独立したソリューションと比較して、埋め込みFPGAアレイ構造はユニークな利点を有している、主な利点は、パフォーマンスの向上にある。A eFPGAは、ワイド・パラレル・インターフェースを介してASIC(I / Oバッファなし)に直接接続することができ、1桁のクロック・サイクルでカウントされるスループットとレイテンシが大幅に向上します。魚眼レンズの歪みを補正するなどの鍵は、そのようなプロセスです。

スピードコアeFPGA IPを使用して、クライアントは、次にAchronixのニーズを満たすために、そのIPを設定することができ、そのロジック、メモリ、およびDSPリソース要件を定義することができる。ルックアップテーブル(LUT)、RAMセルブロックとDSP64単位ブロックをビルディングブロックのように組み合わせてもよい、の任意のアプリケーションに最適なプログラム可能な構造を作成します。

標準ロジック、エンベデッド・メモリ、DSPユニット・モジュールに加えて、お客様はSpeedcore eFPGA構造内に独自のファンクション・ブロックを定義することができます。対象アプリケーションの面積を縮小し、性能を向上させる機能は、特に組み込みビジョンおよび画像処理アルゴリズムの場合、eFPGAのパフォーマンスを大幅に向上させることができます。

カスタムセルブロックを使用して高性能の画像処理を成功裏に実行するのが良い例です。一度しか見ることができません(YOLO)。ニューラルネットワークを使用するこの種の最先端のリアルタイムオブジェクト検出アルゴリズムは優れています。このアルゴリズムは、多数の行列乗算器に依存しており、FPGAで実装する場合、DSPおよびRAMモジュールを使用してこれらの行列乗算器を構築する必要があり、YOLOにはDSPおよびRAMモジュールの大部分が必要です例えば、FPGAアレイ構造は、18×27の積算/積算ユニットブロックと32×128のRAM DSPブロックを提供することができるが、これに最適なソリューションは、48×1024 RAMを搭載した16×8 DSPブロックです。最高のDSPおよびRAMブロック構成を実装するカスタムブロックを作成することで、結果として得られるSpeedcoreアレイ構造のチップ面積は小さくなります。同じ機能を達成し、より高いレベルのシステム性能を達成するために40%。

SoCにFPGAアレイ構造を組み込むことで、さらに2つのシステムレベルの利点が得られます。

低消費電力 - プログラマブルI / O回路はFPGAチップ全体の消費電力の半分を占めますが、eFPGAはホストSoC内の他のモジュールに直接接続することができ、大きなプログラマブルI / Oバッファ。

eFPGAはプログラマブルI / Oバッファと不要なインタフェースロジックを必要としないため、eFPGAは特定の機能のみを実装する必要があるため、eFPGAのダイサイズは同等の独立したFPGAチップよりも大幅に小さくなります。

超低レイテンシとリアルタイム処理機能により、360°ビューに基づくビジョンシステムを効果的に実装することができます。カスタムブロック付きスピードコアeFPGAは、同じホストSoC内のCPUと組み合わせて使用​​されるため、ターゲット検出などの特殊機能を実装するのに理想的です。また、画像認識、歪み補正、歪み補正、最終的な最終画像のスプライシングなどが含まれています。SoC FPGAアレイ構造に組み込まれているのは、超深部サブミクロン時代のシステム統合の自然な開発プロセスです。

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