用于LiDAR的Zynq UltraScale+ MPSoC系統(tǒng)級模塊

激光雷達已成為許多科學(xué)和軍事應(yīng)用的重要遙感技術(shù)。它提供3D結(jié)構(gòu)的高分辨率和精確測量，輕松將接收到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為3D地圖以解釋周圍環(huán)境，即使在具有挑戰(zhàn)性的天氣和照明條件下也能保持不受影響。

Zynq UltraScale+ MPSoC 支持激光雷達技術(shù)的適應(yīng)性

Zynq UltraScale+ MPSoC器件支持基于 SoC 的自適應(yīng)產(chǎn)品設(shè)計，這對于激光雷達應(yīng)用實施非常有前途。將處理器和FPGA架構(gòu)集成到單個器件中，可以為任何給定領(lǐng)域快速部署靈活而優(yōu)化的解決方案。

FPGA 的可編程性為開發(fā)產(chǎn)品定制功能提供了極大的靈活性。此外，F(xiàn)PGA有可能通過采用多級并行性來加快處理速度。

Zynq UltraScale+ MPSoC 系列將實時控制與軟硬引擎相結(jié)合，用于圖形、視頻、波形和數(shù)據(jù)包處理。因此，MPSoC 設(shè)備功能強大且靈活，足以為 LiDAR 傳感器提供高級功能：信號處理、點云預(yù)處理和點云機器學(xué)習(xí)加速。此外，Zynq MPSoC 器件以高能效而聞名，這對激光雷達至關(guān)重要。

為什么要使用 SoM 方法來構(gòu)建激光雷達產(chǎn)品

使用模塊系統(tǒng)方法構(gòu)建LiDAR產(chǎn)品，通過減輕設(shè)計周期中涉及的幾個復(fù)雜性，提供了顯著的好處。產(chǎn)品設(shè)計人員可以通過消除設(shè)計中復(fù)雜的硬件部分來專注于開發(fā)固件和軟件堆棧。這顯著縮短了上市時間，降低了產(chǎn)品開發(fā)成本。

此外，在遷移到更高計算 SoM 時，模塊系統(tǒng)為設(shè)計人員提供了巨大的可擴展性和靈活性，而無需更改載卡的設(shè)計。

Zynq MPSoC 系統(tǒng)基于激光雷達模塊特性

Zynq UltraScale+ MPSoC SoM采用異構(gòu) Arm? + FPGA 架構(gòu)，提供處理系統(tǒng) （PS） 和可編程邏輯 （PL） 的強大組合。

• PS包含一個四核Arm Cortex-A53處理器，工作頻率高達1.5 GHz，以及一個實時處理單元，配備Arm Cortex-R5?處理器，工作頻率高達600 MHz。* PL 基于 16 nm UltraScale+ 架構(gòu)，包含高達 504 K 的可配置邏輯塊、塊 RAM 和 DSP 元件

圖 1：Zynq UltraScale+ MPSoC SoM。（圖片來源：iWave Systems）

其他好處包括：

• 任意接口* 設(shè)計工具鏈* 圖像處理能力* 加速神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)* 安全和安保功能

任意接口

符合不同的接口標(biāo)準(zhǔn)是傳感器接口和處理帶來的重大挑戰(zhàn)。典型的解決方案應(yīng)能夠支持MIPI、JESD204B、LVDS和GigE等高速接口，以支持攝像頭、雷達和激光雷達等高帶寬傳感器。傳感器接口和處理還需要與使用CAN、SPI、I2C和UART等標(biāo)準(zhǔn)的加速度計的低帶寬傳感器接口。

Zynq UltraScale+ MPSoCs PS 和 PL 支持各種行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)接口，如 CAN、SPI、I2C、UART 和 GigE。PL I/O 靈活性允許與 MIPI、LVDS 和千兆串行鏈路直接接口，從而允許在 PL 內(nèi)實現(xiàn)更高級別的協(xié)議。

通過在硬件設(shè)計中提供正確的 PHY，PL 可以實現(xiàn)任何接口，從而提供任意接口。

設(shè)計工具鏈

Zynq UltraScale+ 器件隨附 Vivado 設(shè)計套件，用于配置 PS 和 PL 設(shè)計。Vivado 提供完整的 PL 開發(fā)體驗，包括對合成、布局布線和仿真的支持。

在開發(fā)軟件解決方案時，Vitis 會發(fā)揮作用。Vitis 支持使用 PetaLinux 和 FreeRTOS 等實時操作系統(tǒng)進行嵌入式 Linux 開發(fā)。

除了系統(tǒng)開發(fā)功能外，Vitis 還支持 PL 內(nèi)使用 OpenCL 的內(nèi)核加速。

圖像處理能力

圖像處理在用于導(dǎo)航和監(jiān)控的LiDAR應(yīng)用中至關(guān)重要。通常，這些系統(tǒng)中使用的算法是在OpenCV等高級框架中創(chuàng)建和建模的。

Zynq UltraScale+ MPSoC EV 系列包含一個 H.264/H.265 視頻編解碼器單元，以支持圖像處理。

加速神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

除了圖像處理，機器學(xué)習(xí)是開發(fā)自動化應(yīng)用程序的關(guān)鍵技術(shù)。機器學(xué)習(xí)有助于對高速公路上的物體進行分類，或觀察和監(jiān)控乘員。

為了實現(xiàn)這一點，Viti AI 提供了模型庫、AI 編譯器、優(yōu)化器、量化器和剖析器，以將應(yīng)用程序部署到深度學(xué)習(xí)處理單元上。

安全和安保功能

高級加密標(biāo)準(zhǔn) （AES） 用于保護 Xilinx 器件的配置。

Zynq UltraScale+ MPSoC 器件通過 PS 中的配置安全單元 （CSU） 進一步實施分層安全解決方案。CSU 支持 AES 256-GCM、4096 RSA 乘法器和 SHA-384，提供機密性、身份驗證和完整性功能。

通過內(nèi)置系統(tǒng)監(jiān)視器的防篡改響應(yīng)使客戶能夠跟蹤SoM的器件電壓和芯片溫度。

跨 iWave Zynq MPSoC SoM 的可擴展性

iWave 為 Zynq UltraScale+ MPSoC 系列提供廣泛的系統(tǒng)模塊產(chǎn)品組合，從 ZU4 到 ZU19 變體。這些模塊服務(wù)于各種行業(yè)，包括高端工業(yè)、軍事和國防。

在邏輯密度、I/O 可用性、收發(fā)器通道數(shù)量和高速 DDR 設(shè)計方面，這些系統(tǒng)模塊為終端應(yīng)用提供了出色的可擴展性。因此，設(shè)計的載板可以覆蓋各種終端產(chǎn)品的多個 I/O 端口，從具有 192 K 邏輯單元的 ZU4 到具有高達 1.1 M 邏輯單元的 ZU19。