Xilinx Zynq All Programmable SoC：Smarter Visi

Smarter網(wǎng)絡(luò)

大部分Smarter Vision系統(tǒng)都是局域網(wǎng)的組成部分，同時越來越多的這種系統(tǒng)依次連接到更大型的外部網(wǎng)絡(luò)。例如在汽車應(yīng)用中，嵌入式視覺系統(tǒng)通過CAN總線、LIN和FlexRay等標準協(xié)議進行通信。此外，通用汽車還為客戶提供OnStar無線導(dǎo)航、安全和車輛診斷服務(wù)，以便OnStar操作人員能夠接入車輛系統(tǒng)，診斷問題。

與此形成鮮明對比的是，工業(yè)制造領(lǐng)域的每家廠商似乎都已開發(fā)出自己的專有協(xié)議。但是在越來越多的行業(yè)中，客戶呼吁制造商提供的系統(tǒng)要能兼容標準因特網(wǎng)協(xié)議網(wǎng)絡(luò)或以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。使用通過標準網(wǎng)絡(luò)連接和通信的系統(tǒng)，客戶便可更加方便地將新系統(tǒng)集成到自己的企業(yè)中，不必搭配和匹配多家廠商的系統(tǒng)，從而獲得更大的定價優(yōu)勢。但是加強網(wǎng)絡(luò)兼容性會使嵌入式視覺設(shè)計進一步復(fù)雜化，因為視覺系統(tǒng)現(xiàn)在必須集成更加復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、高速I/O，并能在協(xié)議變化或者新協(xié)議出現(xiàn)時更新系統(tǒng)。軟件可編程解決方案往往無法直接滿足這類變化提出的性能要求，迫使客戶必須從其它廠商購買新的系統(tǒng)。因此嵌入式視覺系統(tǒng)必須擁有足夠的I/O靈活性，才能跟上網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展變化。

賽靈思：為Smarter Vision而全力打造的All-Programmable

要全面快速推進Smarter Vision技術(shù)的發(fā)展，滿足新市場的需求，就必須擁有一款極為靈活的處理平臺、豐富的資源組合以及致力于推進Smarter Vision技術(shù)發(fā)展的可靠的生態(tài)系統(tǒng)。過去10年來，賽靈思器件在幫助有關(guān)公司推進這些視覺系統(tǒng)創(chuàng)新方面一直發(fā)揮著重大作用。今天，賽靈思經(jīng)過長達5年的開發(fā)，成功推出了一款完整的解決方案，將力助Smarter Vision應(yīng)用開發(fā)商快速推出新一代創(chuàng)新技術(shù)。

10多年來，嵌入式視覺技術(shù)設(shè)計人員一直充分利用賽靈思FPGA的可編程性、并行計算功能和快速I/O功能，滿足一系列嵌入式視覺系統(tǒng)的需求。過去，設(shè)計人員用FPGA加速系統(tǒng)中可能拖慢主處理器的功能，或者用FPGA來運行僅靠處理器不能執(zhí)行的并行計算任務(wù)。而現(xiàn)在，利用Zynq-7000 All Programmable SoC，嵌入式視覺技術(shù)開發(fā)人員擁有了一款全面可編程的器件，非常適合開發(fā)新一代Smarter Vision應(yīng)用。

賽靈思公司視頻技術(shù)工程設(shè)計總監(jiān)Jose Alvarez指出：“Smarter Vision技術(shù)能在同一開發(fā)板上互聯(lián)傳輸?shù)牟煌幚砥骱虵PGA中實現(xiàn)，而Zynq-7000 All Programmable SoC為電子產(chǎn)業(yè)帶來了前所未有的高集成度?，F(xiàn)在，我們能通過同一芯片上處理器和邏輯之間3,000個高性能連接以芯片速度而不是板級速度在智能處理器和FPGA邏輯之間交換信息。”

下圖顯示出Zynq-7000 All Programmable SoC在多功能汽車駕駛員輔助系統(tǒng)創(chuàng)建中相對于采用傳統(tǒng)多攝像頭多芯片架構(gòu)的優(yōu)勢。在賽靈思架構(gòu)(見圖中左下方)，將一組攝像頭連接到一個Zynq-7000 All Programmable SoC，能支持盲區(qū)檢測、360度環(huán)繞視圖、車道偏移報警和行人檢測等功能捆綁。相反，現(xiàn)有的多功能DA系統(tǒng)需要多個芯片和多個攝像頭，這就會讓集成更復(fù)雜化，對性能和系統(tǒng)功耗造成不利影響，也提高了BOM成本。

一些芯片廠商提供的ASSP將ARM處理器與DSP或GPU搭配一起使用，但這種器件過于僵化，而且針對今天許多Smarter Vision應(yīng)用而言計算性能也不夠高。基于這種器件的解決方案往往需要添加獨立的FPGA來彌補自身的不足。

Zynq-7000 All Programmable SoC相對于以GPU和DSP為中心的SoC而言，其主要優(yōu)勢就是具有的可編程性和高性能。ARM處理系統(tǒng)具有軟件可編程性，F(xiàn)PGA邏輯可通過HDL或C++編程，甚至I/O也是全面可編程的。這樣，客戶就能創(chuàng)建出適合其特定的應(yīng)用極高性能Smarter Vision系統(tǒng)，并讓其系統(tǒng)從競爭產(chǎn)品中脫穎而出。

下圖詳細給出了Smarter Vision系統(tǒng)的一般信號流程，從中可以看出Zynq All Programmable SoC相對于基于ARM和DSP以及基于ARM和GPU的ASSP解決方案的優(yōu)勢。

流程中的第一個信號處理模塊(綠色)是連接器件到攝像頭感應(yīng)器的輸入。在Zynq-7000 All Programmable SoC中，開發(fā)人員可讓多種不同I/O信號適應(yīng)于客戶連接的任何攝像頭需要。下一個信號處理模塊執(zhí)行像素級處理或視頻處理工作(具體取決于應(yīng)用是面向圖形處理還是顯示)。再下一個模塊執(zhí)行圖像分析功能，這是一個計算密集型任務(wù)，通常需要并行計算，而這則是FPGA最擅長的任務(wù)。接下來3個模塊(紅色)分別代表處理系統(tǒng)獲得分析所得的元數(shù)據(jù)結(jié)果、創(chuàng)建圖形化結(jié)果表達(在圖像步驟顯示)，以及對結(jié)果進行編碼用于傳輸。在Zynq-7000 All Programmable SoC中，處理子系統(tǒng)和FPGA邏輯協(xié)同工作。如果需要壓縮，F(xiàn)PGA邏輯會直接采用適當(dāng)?shù)木幗獯a器。在接下來最后一個信號處理模塊(標為“輸出”)中，Zynq-7000 SoC的可編程I/O可讓開發(fā)人員滿足多種不同通信協(xié)議和視頻傳輸標準的要求，有的是廠商專有標準，有的是特定市場標準，還有的則是業(yè)界標準IP協(xié)議。與此形成對比的是，當(dāng)開發(fā)人員采用以DSP和GPU為中心的SoC開發(fā)算法時，可能ASSP中的DSP或GPU難以提供所需的性能。為了彌補這種性能不足，開發(fā)人員往往還要在系統(tǒng)中采用獨立的FPGA。

Zynq-7000 All Programmable SoC顯然是開發(fā)Smarter視覺系統(tǒng)的最佳芯片選擇，而賽靈思在該器件開發(fā)的早期階段就認識到，應(yīng)當(dāng)對編程進行優(yōu)化，特別是對那些比較習(xí)慣用C和C++開發(fā)視覺算法的設(shè)計人員來說更應(yīng)該優(yōu)化編程方法。為此，賽靈思于2012年6月向客戶推出了一款最先進的軟件環(huán)境：Vivado設(shè)計套件，其包含有業(yè)界一流的高層次綜合等多項技術(shù)。賽靈思于2011年1月收購AutoESL獲得了這種高層次綜合技術(shù)。Vivado HLS特別適用于嵌入式視覺應(yīng)用。比方說，如果視覺系統(tǒng)開發(fā)人員用Zynq-7000 All Programmable SoC開發(fā)的C或C++語言算法運行速度不夠快，或者給處理系統(tǒng)帶來過重負擔(dān)，那么這些開發(fā)人員就能把C算法提交給Vivado HLS，并將這些算法綜合成Verilog或VHDL，然后在器件的FPGA邏輯中運行。這就能將Zynq-7000 All Programmable SoC上的處理子系統(tǒng)解放出來，讓它從事更適合自己的任務(wù)，從而加速整體系統(tǒng)性能。賽靈思還推出了OpenCV(CV就是計算機視覺的縮寫)庫，讓進一步完善了Smarter Vision技術(shù)。