Zynq UltraScale+ MPSoC -järjestelmämoduulit LiDAR-järjestelmiin

(Kuvan lähde: iWave Systems)

LiDAR on noussut tärkeäksi etätunnistusteknologiaksi monissa tieteellisissä ja sotilaallisissa sovelluksissa. Se mittaa 3D-rakenteet tarkasti korkealla resoluutiolla ja muuntaa mitatut tiedot helposti 3D-kartoiksi, mikä auttaa ympäristön tulkitsemisessa, eivätkä haastavat sää- ja valaistusolosuhteet vaikuta siihen.

Miten Zynq UltraScale+ MPSoC tukee LiDAR-teknologiaa?

Zynq UltraScale+ MPSoC mahdollistaa adaptiivisen SoC-pohjaisen tuotesuunnittelun, joka vaikuttaa erittäin lupaavalta menetelmältä toteuttaa LiDAR-sovelluksia. Sekä prosessori- että FPGA-arkkitehtuurin integrointi samaan laitteeseen mahdollistaa joustavan ja optimoidun ratkaisun sekä nopean käyttöönoton kummalla tahansa laite-alustalla.

FPGA:n ohjelmointimahdollisuus tarjoaa paljon joustavuutta, kun tuotteeseen halutaan kehittää räätälöityjä ominaisuuksia. FPGA voi myös nopeuttaa prosessointia tarjoamalla monitasoisen rinnakkaisprosessoinnin.

Zynq UltraScale+ MPSoC -sarja yhdistää reaaliaikaohjauksen sekä ohjelmisto- ja laitteistopohjaisen grafiikka-, video-, aaltomuoto- ja pakettien käsittelytuen. Tämän ansiosta MPSoC-laitteet ovat riittävän tehokkaita ja joustavia tarjoamaan LiDAR-antureille lukuisia kehittyneitä ominaisuuksia: signaalinkäsittely, pistepilven esikäsittely ja pistepilven koneoppimisen kiihdytys. Lisäksi Zynq MPSoC -laitteet ovat tunnetusti energiatehokkaita, mikä on kriittistä LiDAR-teknologian kannalta.

Miksi käyttää SoM-lähestymistapaa LiDAR-tuotteiden rakentamiseen?

Järjestelmämoduuleita (SoM) hyödyntävä lähestymistapa LiDAR-tuotteiden rakentamisessa tarjoaa merkittäviä etuja vähentämällä useita suunnittelusykliin liittyviä kompleksisia tekijöitä. Kun tuotesuunnittelijan ei tarvitse suunnitella kompleksista laitteistopuolta, hän voi keskittyä laiteohjelmiston ja ohjelmistopinojen kehittämiseen. Tämä lyhentää merkittävästi markkinoille tuloaikaa ja laskee tuotekehityskustannuksia.

Lisäksi järjestelmämoduulit tarjoavat suunnittelijalle valtavasti skaalautumisvaihtoehtoja ja joustavuutta, koska SoM voidaan vaihtaa tehokkaampaan muuttamatta kantakortin suunnittelua.

Zynq MPSoC -järjestelmämoduulin tuki LiDAR-teknologialle

Zynq UltraScale+ MPSoC SoM käyttää heterogeenista Arm® + FPGA -arkkitehtuuria ja tarjoaa robustin prosessointijärjestelmän (PS) ja ohjelmoitavan logiikan (PL) yhdistelmän.

• PS sisältää neljän ytimen Arm Cortex®-A53 -prosessorin jopa 1,5 GHz:n taajuudella ja reaaliaikaisen prosessointiyksikön, joka sisältää jopa 600 MHz:n taajuudella toimivat Arm Cortex-R5 -prosessorit
• PL perustuu 16 nm:n UltraScale+ -arkkitehtuuriin, joka sisältää jopa 504 tuhatta konfiguroitavaa logiikkalohkoa, RAM-lohkomuistin sekä DSP-elementit.

Kuva 1: Zynq UltraScale+ MPSoC SoM. (Kuvan lähde: iWave Systems)

Muihin etuihin kuuluvat:

• Rajattomat liitäntävaihtoehdot
• Työkaluketjut suunnitteluun
• Tukee kuvankäsittelyä
• Kiihdytetty neuroverkko
• Turvallisuus- ja suojausominaisuudet.

Rajattomat liitäntävaihtoehdot

Anturiliitäntöihin ja datan käsittelyyn liittyy merkittävä haaste tukea erilaisia liitäntästandardeja. Tyypillisen ratkaisun pitäisi tukea sellaisia nopeita rajapintoja kuten MIPI, JESD204B, LVDS ja GigE mahdollistaakseen korkeaa kaistanleveyttä vaativat anturit, esimerkkinä kamerat, RADAR ja LiDAR. Anturiliitäntöjen ja datan käsittelyn on tuettava myös alhaisen kaistanleveyden antureita, jotka käyttävät kiihtyvyysmittarien kanssa sellaisia standardeja kuten CAN, SPI, I2C sekä UART.

Zynq UltraScale+ MPSoC:n PS ja PL tukevat lukuisia teollisuusstandardien mukaisia rajapintoja, kuten CAN, SPI, I2C, UART ja GigE. PL-toiminnon I/O-joustavuus mahdollistaa sen kytkemisen suoraan MIPI- ja LVDS-liitäntöihin sekä GigaBitin sarjalinkkeihin. Tämän ansiosta PL:ssä voidaan toteuttaa korkean tason protokollia.

PL tarjoaa laitteistosuunnittelulle monipuolisen PHY-toteutuksen, joka mahdollistaa halutun rajapinnan toteuttamisen ja rajattomat liitäntävaihtoehdot.

Työkaluketjut suunnitteluun

PS ja PL voidaan konfiguroida Zynq UltraScale+ -laitteiden mukana toimitettavan Vivado Design Suite -ohjelmiston avulla. Vivado tarjoaa monipuoliset PL-suunnittelumahdollisuudet, mukaan lukien tuki synteesille, sijoittelulle ja reititykselle sekä simuloinnille.

Vitis-ohjelmistoa käytetään ohjelmistoratkaisuiden kehittämisessä. Vitis tukee sulautettua Linux-kehitystä käytettäessä PetaLinuxia ja reaaliaikaisia käyttöjärjestelmiä kuten FreeRTOS.

Järjestelmäkehityksen tukemisen lisäksi Vitis tukee ytimen kiihdytystä PL-laitteistossa OpenCL-alustan avulla.

Tukee kuvankäsittelyä

Kuvankäsittely on ratkaisevan tärkeää LiDAR-sovelluksissa navigointia ja seurantaa varten. Näissä järjestelmissä käytetyt algoritmit luodaan ja mallinnetaan tyypillisesti korkean tason alustoissa, kuten OpenCV:ssä.

Zynq UltraScale+ MPSoC EV -sarja sisältää H.264/H.265-videokoodekkiyksikön kuvankäsittelyä varten.

Kiihdytetty neuroverkko

Kuvankäsittelyn lisäksi koneoppiminen on kriittinen teknologia automaattisten sovellusten kehittämisessä. Koneoppiminen auttaa luokittelemaan kohteita maantiellä tai tunnistamaan ja seuraamaan asukkaita

Viti AI mahdollistaa tämän tarjoamalla toiminnot Model Zoo, AI-kääntäjä, optimoija, kvantisoija ja profiloija. Näitä käyttämällä sovellus voidaan muuntaa syväoppimista hyödyntäväksi prosessointiyksiköksi.

Turvallisuus- ja suojausominaisuudet

Xilinx-laitteiden konfiguraatio on suojattu AES (Advanced Encryption Standard ) -teknologialla.

Zynq UltraScale+ MPSoC -laitteet tarjoavat lisäksi kerrostetut turvallisuusratkaisut PS:n sisältämän CSU:n (Configuration Security Unit) kautta. CSU tukee AES 256-GCM -menetelmää, 4096 RSA-kerrointa ja SHA-384-menetelmää, ja se tarjoaa luottamuksellisuus-, todennus- ja eheystoiminnot.

Peukaloinnin estotoiminto sisältää sisäänrakennetun järjestelmämonitorin, jonka avulla asiakas voi seurata SoM-moduulin jännitettä ja sirun lämpötilaa.

iWave Zynq MPSoC SoM skaalautuu

iWave tarjoaa kattavan valikoiman Zynq UltraScale+ MPSoC -sarjan järjestelmämoduuleita ZU4 – ZU19. Näitä moduuleja voidaan käyttää useilla teollisuudenaloilla, mukaan lukien korkeatasoiset teollisuussovellukset, sotilastekniikka ja maanpuolustus.

Sellaiset tekijät kuten logiikkatiheys, käytettävät I/O-linjat, lähetin-vastaanotinlinjojen lukumäärä ja erittäin nopea DDR mahdollistavat, että nämä järjestelmämoduulit tarjoavat loppusovelluksille erinomaisen skaalautuvuuden. Näin ollen niitä varten kehitetyt kantakortit voivat tarjota useita I/O-portteja mitä erilaisimmissa lopputuotteissa, alkaen ZU4-kortista 192 tuhannella logiikkasolulla aina ZU19-korttiin jopa 1,1 miljoonalla logiikkasolulla.