Zynq UltraScale+ MPSoC-SoM-er (System on Modules) for LiDAR

(Bildekilde: iWave Systems)

LiDAR har oppstått som en viktig fjernmålingsteknologi for mange vitenskapelige og militære bruksområder. Den gir høyoppløselige og nøyaktige målinger av 3D-strukturer, konverterer enkelt mottatte data til 3D-kart for å tolke omgivelsene, og forblir upåvirket selv under utfordrende vær- og lysforhold.

Tilpasningsevnen til Zynq UltraScale+ MPSoC for å støtte LiDAR-teknologi

Zynq UltraScale+ MPSoC-enhetene muliggjør en adaptiv SoC-basert produktdesign, noe som er ekstremt lovende for implementering avLiDAR-utrustninger. Integrering av både prosessor- og FPGA-arkitekturen i én enkelt enhet gir rask distribusjon av en fleksibel, men optimalisert løsning for et gitt domene.

Programmerbarheten til FPGA gir stor fleksibilitet i utviklingen av tilpassede funksjoner for produktet. FPGA-er har også potensial til å gjøre prosesseringen raskere, ved å bruke parallellitet på flere nivåer.

Zynq UltraScale+ MPSoC-serien kombinerer sanntidsstyring med myke og harde motorer for grafikk, video, bølgeform og pakkebehandling. Som et resultat er MPSoC-enheter kraftige og fleksible nok til å levere avanserte funksjoner for LiDAR-sensorer: signalbehandling, punktsky-forprosessering og punktsky-maskinlæringsakselerasjon. I tillegg er Zynq MPSoC-enheter kjent for å være energieffektive (høy virkningsgrad), noe som er avgjørende for LiDAR-er.

Derfor brukes en SoM-tilnærming til å bygge LiDAR-produkter

Å bruke en SoM-tilnærming for å bygge LiDAR-produkter gir betydelige fordeler ved å avlaste flere kompleksiteter som er involvert i designsyklusen. En produktdesigner kan fokusere på å utvikle firmware- og programvarestabler ved å eliminere den komplekse maskinvaredelen av designet. Dette reduserer tiden for å få et ferdig produkt ut på markedet (time to market) betydelig med reduserte produktutviklingskostnader.

Videre gir SoM (System on Modules) en enorm skalerbarhet og fleksibilitet til en designer når han eller hun migrerer til en SoM med høyere databehandling, uten å endre utformingen av et bærekort.

Zynq MPSoC-system på modulfunksjoner for LiDAR

Zynq UltraScale + MPSoC SoM har den heterogene ARM® + FPGA-arkitekturen og gir en robust kombinasjon av prosesseringssystemet (PS) og programmerbar logikk (PL).

• PS-en inneholder en firekjerners Arm Cortex®-A53-prosessor som opererer på opptil 1,5 GHz og en sanntids prosessorenhet utstyrt med Arm Cortex-R5-prosessorer som opererer med opptil 600 MHz
• PL basert på 16 nmUltraScale+-arkitektur som inneholder opptil en konfigurerbar 504 K-logikkblokk, Blokk RAM og DSP-elementer

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

Annet-fordeler omfatter:

• Alle-til-alle grensesnitt
• Designverktøykjeder
• Bildebehandlingskapasitet
• Akselerert nevralt nettverk
• Trygghets- og sikkerhetsfunksjoner

Alle-til-alle grensesnitt

Samsvar med ulike grensesnittstandarder er en betydelig utfordring som følger med grensesnitt og prosessering av sensorer. En typisk løsning bør ha mulighet til å støtte høyhastighetsgrensesnitt som MIPI, JESD204B, LVDS og GigE for å støtte høybåndbreddesensorer som kameraer, RADAR og LiDAR. Sensorgrensesnitt og behandling vil også være nødvendig for å grensesnitt med sensorer med lavere båndbredde som bruker standarder som CAN, SPI, I2C og UART for akselerometre.

Zynq UltraScale+ MPSoCs PS og PL støtter en rekke industristandardgrensesnitt som CAN, SPI, I2C, UART og GigE. PL I/O-fleksibiliteten tillater direkte grensesnitt mot MIPI, LVDS og GigaBit-serielle koblinger, noe som tillater høyere nivåer av protokollimplementering i PL.

Ved å gi riktig PHY i maskinvareutformingen, gjør PL at ethvert grensesnitt kan implementeres, og gir et hvilket som helst grensesnitt.

Designverktøykjeder

Zynq UltraScale + -enhetene leveres med Vivado Design Suite for å konfigurere PS og PL-designet. Vivado gir den komplette PL-utviklingsopplevelsen, inkludert støtte for syntese, sted, rute og simulering.

Vitis kommer inn i bildet når det kommer til å utvikle programvareløsninger. Vitis støtter integrert (embedded) Linux-utvikling ved hjelp av PetaLinux og sanntidsoperativsystemer som FreeRTOS.

I tillegg til systemutviklingsmuligheter støtter Vitis kjerneakselerasjon i PL ved hjelp av OpenCL.

Bildebehandlingskapasitet

Bildebehandling er viktig i LiDAR-utrustninger for navigasjon og overvåking. Vanligvis blir algoritmene som brukes i disse systemene opprettet og modellert i rammer på høyt nivå, for eksempel OpenCV.

En H.264/H.265 videokodek-enhet er inkludert i Zynq UltraScale+ MPSoC EV-serien for å støtte bildebehandling.

Akselerert nevralt nettverk

Bortsett fra bildebehandling er maskinlæring en kritisk teknologi for å utvikle automatiserte utrustninger. Maskinlæring hjelper til med å klassifisere objekter på motorveien eller observere og overvåke passasjerer.

For å aktivere dette tilbyr Viti AI Modell Zoo, AI-kompilator, Optimizer, Quantizer og profiler for å distribuere utrustningen på prosesseringsenheten for dyp læring.

Trygghets- og sikkerhetsfunksjoner

Advanced Encryption Standard (AES) brukes til å sikre konfigurasjonen av Xilinx-enheter.

Zynq UltraScale+ MPSoC-enhetene implementerer ytterligere lagdelte sikkerhetsløsninger via konfigurasjonssikkerhetsenhet (CSU) i PS. CSU støtter AES 256-GCM, 4096 RSA-multiplikator og SHA-384, som gir konfidensialitet, autentisering og integritetsfunksjoner.

Anti-sabotasjerespons gjennom den innebygde systemovervåkeren gjør det mulig for kunden å spore enhetsspenninger og brikke-temperaturer på SoM.

Skalerbarhet på tvers av iWave Zynq MPSoC SoM

iWave tilbyr en omfattende portefølje av SoM-er for MPSoC-serien Zynq UltraScale+ , alt fra ZU4 til ZU19-varianter. Disse modulene betjener en rekke bransjer, inkludert høykvalitetsindustri (high-end), militæret og forsvaret.

Når det gjelder logikktetthet, I/O-tilgjengelighet, antall transceiverbaner og høyhastighets DDR-design, gir disse SoM-ene utmerket skalerbarhet for sluttutrustninger. Dermed kan et konstruert bærebrett dekke flere I/O-porter for et bredt spekter av sluttprodukter, fra ZU4 med 192 K logikkceller til ZU19 med opptil 1,1 M logikkceller.