Sistemul pe modul MPSoC Zynq UltraScale+ pentru LiDAR

(Sursa imaginii: iWave Systems)

LiDAR a apărut ca o tehnologie importantă de teledetecție pentru multe aplicații științifice și militare. Acesta oferă măsurători de înaltă rezoluție și precise ale structurilor 3D, convertește cu ușurință datele primite în hărți 3D pentru a interpreta mediul înconjurător și rămâne neafectat chiar și în condiții meteorologice și de iluminare dificile.

Adaptabilitatea MPSoC Zynq UltraScale+ pentru a susține tehnologia LiDAR

Dispozitivele MPSoC Zynq UltraScale+ permit proiectarea unui produs bazat pe SoC adaptiv, care este extrem de promițător pentru implementarea aplicațiilor LiDAR. Integrarea atât a procesorului, cât și a arhitecturii FPGA, într-un singur dispozitiv permite implementarea rapidă a unei soluții flexibile, dar optimizate pentru orice domeniu dat.

Programabilitatea FPGA oferă o mare flexibilitate în dezvoltarea de funcții personalizate pentru produs. De asemenea, FPGA-urile au potențialul de a accelera procesarea prin utilizarea paralelismului pe mai multe niveluri.

Seria de MPSoC Zynq UltraScale+ combină controlul în timp real cu motoare soft și hard pentru procesarea grafică, video, a formelor de undă și a pachetelor. Prin urmare, dispozitivele MPSoC sunt suficient de puternice și flexibile pentru a oferi capabilități avansate pentru senzorii LiDAR: procesarea semnalelor, preprocesarea norilor de puncte și accelerarea învățării automate a norilor de puncte. În plus, dispozitivele MPSoC Zynq sunt bine cunoscute pentru eficiența energetică, un aspect esențial pentru LiDAR-uri.

De ce să folosiți o abordare SoM pentru a crea produse LiDAR

Utilizarea unei abordări de tip „sistem pe modul” pentru crearea de produse LiDAR oferă beneficii semnificative prin descărcarea de mai multe complexități implicate în ciclul de proiectare. Un proiectant de produse se poate concentra pe dezvoltarea de firmware și de stive de software, eliminând partea hardware complexă a proiectării. Acest lucru reduce considerabil timpul de lansare pe piață și costurile de dezvoltare a produsului.

În plus, sistemul pe modul oferă scalabilitate și flexibilitate enorme unui proiectant atunci când acesta migrează la un SoM de calcul superior, fără a modifica proiectarea unei plăci suport.

Caracteristicile sistemului pe modul MPSoC Zynq pentru LiDAR

SoM MPSoC Zynq UltraScale+ dispune de arhitectura eterogenă Arm® + FPGA și oferă o combinație robustă dintre sistemul de procesare (PS) și logica programabilă (PL).

• PS conține un procesor Arm Cortex®-A53 cu patru nuclee care funcționează la o frecvență de până la 1,5 GHz și o unitate de procesare în timp real echipată cu procesoare Arm Cortex-R5 care funcționează la o frecvență de până la 600 MHz
• Logică programabilă bazată pe arhitectura UltraScale+ de 16 nm, care conține până la 504.000 de blocuri logice configurabile, RAM bloc și elemente DSP

Figura 1: SoM MPSoC Zynq UltraScale+. (Sursa imaginii: iWave Systems)

Alte beneficii includ:

• Interfață între orice dispozitive
• Lanțuri de instrumente de proiectare
• Capacități de procesare a imaginilor
• Rețea neuronală accelerată
• Caracteristici de siguranță și securitate

Interfață între orice dispozitive

Conformitatea cu diferite standarde de interfațare reprezintă o provocare semnificativă în ceea ce privește interfațarea și procesarea senzorilor. O soluție tipică ar trebui să aibă capacitatea de a susține interfețe de mare viteză, cum ar fi MIPI, JESD204B, LVDS și GigE, pentru a susține senzorii cu lățime de bandă mare, precum camerele, RADAR și LiDAR. De asemenea, va fi necesară interfațarea și procesarea senzorilor pentru a realiza interfața cu senzorii cu lățime de bandă mai mică care utilizează standarde precum CAN, SPI, I2C și UART pentru accelerometre.

PS și PL ale MPSoC-urilor Zynq UltraScale+ acceptă o varietate de interfețe standard din industrie, cum ar fi CAN, SPI, I2C, UART și GigE. Flexibilitatea I/O a logicii programabile permite interfațarea directă cu legăturile seriale MIPI, LVDS și GigaBit, permițând niveluri mai ridicate de implementare a protocolului în cadrul PL.

Prin furnizarea PHY-ului corect în proiectarea hardware, PL permite implementarea oricărei interfețe, asigurând o interfațare între orice dispozitive.

Lanțuri de instrumente de proiectare

Dispozitivele Zynq UltraScale+ sunt livrate cu Vivado Design Suite pentru configurarea proiectării PS și PL. Vivado oferă o experiență completă de dezvoltare PL, inclusiv suport pentru sinteză, plasare și rutare și simulare.

Vitis intră în joc atunci când este vorba despre dezvoltarea de soluții software. Vitis susține dezvoltarea Embedded Linux folosind PetaLinux și sisteme de operare în timp real, cum ar fi FreeRTOS.

Pe lângă capacitățile de dezvoltare a sistemului, Vitis suportă accelerarea kernel-ului în cadrul PL folosind OpenCL.

Capacități de procesare a imaginilor

Procesarea imaginilor este esențială în aplicațiile LiDAR pentru navigație și monitorizare. De obicei, algoritmii utilizați în aceste sisteme sunt creați și modelați în cadre de nivel înalt, cum ar fi OpenCV.

O unitate de codec video H.264/H.265 este inclusă în seria Zynq UltraScale+ MPSoC EV pentru a susține procesarea imaginilor.

Rețea neuronală accelerată

În afară de procesarea imaginilor, învățarea automatizată este o tehnologie esențială pentru dezvoltarea de aplicații automate. Învățarea automatizată ajută la clasificarea obiectelor de pe autostradă sau la observarea și monitorizarea ocupanților.

Pentru a permite acest lucru, Viti AI oferă Model Zoo, compilator AI, optimizator, cuantificator și program de profilare pentru implementarea aplicației pe unitatea de procesare prin învățare profundă.

Caracteristici de siguranță și securitate

Standardul de criptare avansată (AES) este utilizat pentru a securiza configurația dispozitivelor Xilinx.

Dispozitivele MPSoC Zynq UltraScale+ implementează în plus soluții de securitate stratificată prin intermediul unității de securitate a configurației (CSU) din cadrul PS. CSU acceptă AES 256-GCM, 4096 RSA Multiplier și SHA-384, asigurând funcții de confidențialitate, autentificare și integritate.

Răspunsul anti-manipulare prin intermediul monitorului de sistem încorporat permite clientului să urmărească tensiunile dispozitivelor și temperaturile matriței de pe dispozitivul SoM.

Scalabilitate în cadrul SoM MPSoC iWave Zynq

iWave oferă un portofoliu extins de module pe sistem pentru seria de MPSoC Zynq UltraScale+, de la variantele ZU4 la ZU19. Aceste module deservesc o varietate de industrii, inclusiv industrii de vârf, militare și de apărare.

În ceea ce privește densitatea logică, disponibilitatea I/O, numărul de benzi de emisie-recepție și designul DDR de mare viteză, aceste sisteme pe module oferă o scalabilitate excelentă pentru aplicațiile finale. Astfel, o placă suport proiectată poate acoperi mai multe porturi de I/O pentru o gamă largă de produse finale, de la ZU4 cu 192.000 de celule logice la ZU19 cu până la 1,1 milioane de celule logice.