用于輔助駕駛系統(tǒng)的可編程平臺的開發(fā)和應(yīng)用

安全性是汽車消費者最關(guān)心的問題了。圖1給出了Visteon進行的一項研究結(jié)果，圖中顯示出客戶對汽車的要求，而車輛安全性位于核心。對于汽車安全性的關(guān)注不僅僅是為了司機和乘客，還有道路上的其他人。安全設(shè)備已經(jīng)從物理領(lǐng)域轉(zhuǎn)向電子領(lǐng)域，從輪胎和剎車技術(shù)的進步，到側(cè)撞保護和安全氣囊，直到今天的輔助駕駛系統(tǒng)。最新的汽車采用了大量的電子技術(shù)和傳感器，不斷監(jiān)測和評估周圍的環(huán)境、為司機顯示相關(guān)信息，并且在某些情況下，甚至接管車輛的控制。在提高汽車安全性、舒適性和駕駛效率方面，這些電子系統(tǒng)起著重要的作用。

　　輔助駕駛系統(tǒng)可提供基本的安全功能，如增加紅外（IR）相機來提高觀察能力。更為先進的設(shè)計還可利用范圍廣泛的傳感器來提醒潛在的危險情況，從而使車輛可意識到周圍的交通情況、車道和行駛方向以及可能的碰撞目標(biāo)。最終的目標(biāo)是車輛能夠自動對這種信息做出反應(yīng)，為司機提供信息以及特殊情況下的車輛控制能力，從而可保證乘客的安全。例如，有些最新的卡車中安裝了視頻攝像機來監(jiān)視前面的道路情況。如果車輛在沒有使用指示燈的情況下改變行駛路徑，比如可能是由于司機太疲勞了，那么系統(tǒng)就會通過車內(nèi)的揚聲器給出聲音告警。

　　通過消除繁瑣的駕駛動作，輔助駕駛還可提供更高的舒適水平。例如，傳統(tǒng)的巡航控制允許司機設(shè)定一個固定的行駛速度，同時在需要時可手動控制。而現(xiàn)在的汽車則提供自動巡航控制（ACC）功能，可以自動控制油門和剎車來適應(yīng)前面車輛的速度，從而與其保持安全距離。如果前面的車輛加速開走或改變行駛路徑，ACC會自動返回傳統(tǒng)巡航控制的預(yù)設(shè)速度。

　　輔助駕駛系統(tǒng)還有希望利用所謂的“電子牽引裝置”來提高交通效率。例如，車隊的領(lǐng)頭卡車由司機手動駕駛，但后隨的卡車則自動駕駛。除了減輕司機的許多負擔(dān)以外，卡車間的距離也可大大縮短，因為電子響應(yīng)速度更為迅速。這樣不僅可節(jié)約完整的道路面積空間，而且由于前面車輛的后向氣流的影響，還要節(jié)約燃料。

　　另一種新興的安全技術(shù)稱為“被動式乘員識別系統(tǒng)”。美國政府要求從2006年開始的所有新款汽車都必須能夠根據(jù)乘員的體型來打開氣囊。此類系統(tǒng)使得保護氣囊能夠“智能”打開或收縮。這種基于乘員體重的系統(tǒng)將可幫助汽車制造商滿足最近公布的《美國聯(lián)邦車輛標(biāo)準(zhǔn)安全法規(guī)》FMVSS-208的要求。該法規(guī)要求氣囊必須能夠針對不同乘員的體重更為有效地打開。從2004年開始，每家汽車制造商在美國銷售的車輛中有35%必須裝備先進的氣囊系統(tǒng)，這一數(shù)字到2006 年將提高到接近100%。較為簡單的系統(tǒng)采用安裝在乘員座墊下的體重傳感器技術(shù)來實現(xiàn)。高級乘員識別算法和快速信號處理使汽車氣囊控制器可根據(jù)不同的情況來打開或收縮乘員氣囊，從而可大大提高乘員安全性并降低修理成本。更為高級的系統(tǒng)則采用安裝在車內(nèi)的相機來檢測和識別乘員，同時在算法上考慮到乘員調(diào)試及離氣囊的距離來判斷事故發(fā)生時氣囊打開的時間、速度和程度。

　　Xilinx FPGA在輔助駕駛系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　圖2給出了賽靈思現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）應(yīng)用于ACC輔助駕駛系統(tǒng)的一個概念性框圖。

　　系統(tǒng)劃分為超高速輸入處理和相對低速的傳感器輸入和輸出控制信息，每個部分都在相應(yīng)處理器（例如，一個Xilinx MicroBlaze 32嵌入式軟內(nèi)核處理器或者Virtex-II Pro FPGA中嵌入的IBM PowerPC）的控制之下。高速部分專用于對安裝在車輛前面的視頻攝像信息進行實時處理。由于應(yīng)用（防碰撞、緊急處理和告警）本身的特點，實時處理絕對是非常關(guān)鍵的。通常需要兩個或更多相機來獲得立體圖像，這樣就可以在FPGA中計算出圖像的深度（直接與前面物體的實際距離相關(guān)）。結(jié)合雷達和激光測量，以及來自陀螺儀和車輪傳感器的運動檢測信息，可以相當(dāng)準(zhǔn)確地計算出車輛周圍的情況和行駛路線。利用完全靈活的FPGA來代替成品視頻組件，設(shè)備制造商可容易地開發(fā)出區(qū)別于競爭廠商系統(tǒng)性能的、獨特的、優(yōu)化的邊緣檢測、圖像深度和增強算法。實時捕捉并處理這些信息需要使用計算密集的數(shù)字信號處理（DSP）算法。然而，軟件處理無法滿足性能要求；盡管傳統(tǒng)DSP處理器也是一種選擇，但通常需要多片器件才能完成如此高速的任務(wù)。甚至ASSP視頻處理器也無法與 Xilinx FPGA（也稱為XtremeDSP處理）的極高速DSP性能相比。在視頻處理完以后，決策樹機制可以劃分為針對緊急算法（如緊急的防碰撞過程）的硬件部分，以及用于行駛路徑偏差等的聲音告警的處理器軟件部分。將速度關(guān)鍵的處理過程劃分到FPGA硬件中還可以對實時速度進行測試，而這對于軟件是不可能的。