Zynq UltraScale+ MPSoC-system på moduler til LiDAR

(Billedkilde: iWave Systems)

LiDAR har udviklet sig til en vigtig telemålingsteknologi til mange videnskabelige og militære anvendelser. Den giver højopløselige og præcise målinger af 3D-strukturer, konverterer nemt de modtagne data til 3D-kort til fortolkning af omgivelserne og forbliver upåvirket selv under vanskelige vejr- og lysforhold.

Zynq UltraScale+ MPSoC's tilpasningsevne til at understøtte LiDAR-teknologi

Zynq UltraScale+ MPSoC-enhederne muliggør et adaptivt SoC-baseret produktdesign, hvilket er yderst lovende for implementering af LiDAR-applikationer. Integrering af både processor- og FPGA-arkitekturen i en enkelt enhed giver mulighed for hurtig implementering af en fleksibel og samtidig optimeret løsning til et hvilket som helst område.

FPGA'ernes programmerbarhed giver en stor fleksibilitet i udviklingen af brugerdefinerede funktioner til produktet. FPGA'er har også potentiale til at fremskynde behandlingen ved at anvende parallelitet på flere niveauer.

Zynq UltraScale+ MPSoC-serien kombinerer realtidskontrol med bløde og hårde motorer til grafik, video, bølgeform- og pakkebehandling. Som følge heraf er MPSoC-enhederne kraftfulde og fleksible nok til at levere avancerede funktioner til LiDAR-sensorer: Signalbehandling, forbehandling af point-cloud og acceleration af maskinindlæring af point-cloud's. Desuden er Zynq MPSoC-enhederne kendt for at være strømbesparende, hvilket er afgørende for LiDAR'er.

Hvorfor bruge en SoM-tilgang til at bygge LiDAR-produkter

Anvendelse af en SoM-tilgang til opbygning af LiDAR-produkter giver betydelige fordele ved at aflaste flere kompleksiteter i designcyklussen. En produktdesigner kan fokusere på at udvikle firmware og softwarestacks ved at fjerne den komplekse hardwaredel af designet. Dette reducerer time-to-market betydeligt med reducerede produktudviklingsomkostninger.

SoM giver desuden en konstruktør en enorm mulighed for skalering og fleksibilitet, når der skal migreres til et SoM med højere databehandlingskapacitet uden at ændre designet af et bærerkort.

Zynq MPSoC-system på modulfunktioner til LiDAR

Zynq UltraScale+ MPSoC SoM er udstyret med den heterogene Arm® + FPGA-arkitektur og tilbyder en robust kombination af processorsystemet (PS) og programmerbar logik (PL).

• PS indeholder en quad-core Arm Cortex®-A53-processor med en hastighed på op til 1,5 GHz og en realtidsbehandlingsenhed udstyret med Arm Cortex-R5-processorer med en hastighed på op til 600 MHz
• PL baseret på 16 nm UltraScale+ arkitektur, der indeholder op til 504 K konfigurerbar logikblok, Block RAM og DSP-elementer

Figur 1: Zynq UltraScale+ MPSoC SoM. (Billedkilde: iWave Systems)

Andre fordele omfatter:

• Alle til alle interfaces
• Design værktøjskæder
• Mulighed for billedbehandling
• Accelererede neurale netværk
• Sikkerheds- og sikringsfunktioner

Alle til alle interfaces

Overholdelse af forskellige interfacestandarder er en væsentlig udfordring i forbindelse med sensorinterface og -behandling. En typisk løsning bør have mulighed for at understøtte højhastighedsinterfaces som MIPI, JESD204B, LVDS og GigE for at understøtte sensorer med høj båndbredde som f.eks. kameraer, RADAR og LiDAR. Der vil også være behov for sensorinterfaces og -behandling for at få interface til sensorer med lavere båndbredde, der anvender standarder som CAN, SPI, I2C og UARTs til accelerometre.

Zynq UltraScale+ MPSoC'erne PS og PL understøtter en række industristandardinterfaces som f.eks. CAN, SPI, I2C, UART og GigE. PL's I/O-fleksibilitet giver mulighed for direkte interface til MIPI-, LVDS- og GigaBit Serial Links, hvilket giver mulighed for højere niveauer af protokolimplementering i PL'en.

Ved at tilvejebringe den korrekte PHY i hardwaredesignet gør PL det muligt at implementere enhver interface, hvilket giver mulighed for et hvilken som helst interface.

Design værktøjskæder

Zynq UltraScale+-enhederne leveres med Vivado Design Suite til at konfigurere PS- og PL-designet. Vivado giver den komplette PL-udviklingsoplevelse, herunder understøttelse af syntese, place and route og simulering.

Vitis kommer i spil, når det drejer sig om at udvikle softwareløsninger. Vitis understøtter udvikling af Embedded Linux-udvikling ved hjælp af PetaLinux og realtidsoperativsystemer som FreeRTOS.

Ud over systemudviklingsfunktioner understøtter Vitis kernel-acceleration i PL'en ved hjælp af OpenCL.

Mulighed for billedbehandling

Billedbehandling er afgørende i LiDAR-applikationer til navigation og overvågning. De algoritmer, der anvendes i disse systemer, oprettes og modelleres typisk i rammeprogrammer på højt niveau som OpenCV.

En H.264/H.265-videokodec-enhed er inkluderet i Zynq UltraScale+ MPSoC EV-serien for at understøtte billedbehandling.

Accelererede neurale netværk

Bortset fra billedbehandling er maskinlæring en vigtig teknologi til udvikling af automatiserede applikationer. Maskinlæring hjælper med at klassificere objekter på motorvejen eller med at observere og overvåge passagerer.

For at muliggøre dette leverer Viti AI Model Zoo, AI compiler, Optimizer, Quantizer og profiler til at implementere applikationen på den dybe læringsbehandlingsenhed.

Sikkerheds- og sikringsfunktioner

Advanced Encryption Standard (AES) bruges til at sikre konfigurationen af Xilinx-enheder.

Zynq UltraScale+ MPSoC-enhederne implementerer yderligere lagdelte sikkerhedsløsninger via konfigurationssikkerhedsenheden (CSU) i PS. CSU'en understøtter AES 256-GCM, 4096 RSA-multiplikator og SHA-384, som giver fortroligheds-, autentificerings- og integritetsfunktioner.

Anti-manipulationsreaktion via den indbyggede systemmonitor gør det muligt for kunden at spore enhedsspændinger og dørtemperaturer i SoM'en.

Skalérbarhed på tværs af iWave Zynq MPSoC SoM

iWave tilbyder en omfattende portefølje af System on Modules til Zynq UltraScale+ MPSoC-serien fra ZU4 til ZU19-varianter. Disse moduler anvendes i en række forskellige industrier, herunder high-end industri, militær og forsvar.

Med hensyn til logiktæthed, I/O-tilgængelighed, antal transceiverbaner og højhastigheds-DDR-design giver disse SoM'er fremragende skalerbarhed for slutapplikationer. Et designet bærekort kan således dække flere I/O-porte til en bred vifte af slutprodukter, fra ZU4 med 192 K logikceller til ZU19 med op til 1,1 M logikceller.