隨著中高端汽車市場的快速發(fā)展，以及各國政府和民眾安全性意識的大幅提升，曾經(jīng)服務于小眾高端市場的高級駕駛員輔助系統(tǒng)（ADAS）技術(shù)獲得了快速發(fā)展的動力，特別是隨著平臺和解決方案成本的下降，ADAS應用及傳感平臺的配備已經(jīng)從高端汽車向中端甚至入門級汽車車型中快速滲透。對于汽車 OEM廠商來說，在被動安全系統(tǒng)以及信息娛樂設備、ABS、ESP等已成為當前汽車電子標配設備之后， ADAS這類先進的主動安全系統(tǒng)還可作為產(chǎn)品差異化的增值亮點。

 

據(jù)IHS isuppli公司的汽車研究專題報告，2011年自適應巡航控制系統(tǒng)（ACC）、車道偏離警告（LDW）和側(cè)面物體探測（SOD）等三大ADAS技術(shù)的營業(yè)收入合計達到16.5億美元，比2010年大增57%。2012年增長勢頭更為強勁，合計營業(yè)收入將增加到26.9億美元，增長高達63%。

 

“在如圖1所示的汽車安全技術(shù)應用領(lǐng)域中，從識別、預測、到預防環(huán)節(jié)，ADAS系統(tǒng)都可以發(fā)揮用武之地，可極大改善汽車安全性和防止事故，同時也可增加駕駛舒適性。”ADI公司大中華區(qū)汽車電子高級經(jīng)理李防震表示，“ADI正是看好ADAS在全球和中國汽車市場的前景，專門在印度成立了一個方案研發(fā)團隊，已開發(fā)出一系列ADAS參考設計方案和底層算法，并通過國內(nèi)的第三方公司進行二次開發(fā)，可免費提供給客戶，降低成本的同時幫助客戶大幅縮短設計周期。”

 

圖1 汽車安全技術(shù)應用領(lǐng)域的四大環(huán)節(jié)

 

 

前文提到ADAS三大主流應用之一的車道偏離警告（LDW）技術(shù)可監(jiān)測汽車在車道內(nèi)的橫向運動，當汽車可能超過車道線時，向駕車者發(fā)出警告。這種系統(tǒng)技術(shù)就是基于視覺（攝像頭）的ADAS系統(tǒng)的一種具體實現(xiàn)。

 

事實上基于視覺的ADAS通過發(fā)揮攝像頭識別作用，可以從多方面大大提高行車安全性。通過安裝后視/前視/側(cè)視攝像頭和視覺處理ECU，可以實現(xiàn)多種功能來幫助駕駛員提前防范風險。研究報告稱，目前有70%的汽車具備后視功能，30%的高檔汽車具備前視功能，到2015年這一比例預計會達到60%，因此基于視覺的ADAS會比基于雷達的ADAS系統(tǒng)（更側(cè)重在目標檢測）更快地在中低端汽車市場普及開來。

 

“目前比較受歡迎的應用包括車道偏離告警（LDW）、遠光近光調(diào)整（HB/LB）、交通標志識別（TSR）、行人檢測（PD）、停車輔助、后視/環(huán)視、防撞預警等。但由于車型或?qū)κ袌龅睦斫獠煌?，不同汽車OEM廠商的視覺ADAS應用系統(tǒng)功能定位有一定差異，因此對數(shù)字信號處理芯片平臺規(guī)格需求也會有一定差異。”ADI的李防震介紹說。

 

圖2 基于視覺的ADAS系統(tǒng)主信號鏈

 

圖2展示了基于視覺的ADAS系統(tǒng)主信號鏈，主要包括模擬視頻傳輸、編碼、傳輸、解碼、處理和顯示這幾部分。李防震分析道：“由于攝像頭分辨率趨向于越來越高，數(shù)量越來越多，每個系統(tǒng)的功能數(shù)量不斷增多，所有這些趨勢都提高了對DSP器件的性能要求。與此同時，對信號處理功耗成本比的要求則更嚴苛。”

 

 

面對這些趨勢和需求，ADI公司目前可提供專門針對ADAS應用的Blackfin處理器系列和成熟可靠的高性能視頻處理解決方案，適用于從單功能到多功能的各種基于視覺的ADAS系統(tǒng)。為滿足不同汽車OEM客戶的需求，ADI提供了從處理速度（從400MHz到1GHz不等）、內(nèi)存、接口等方面有所不同的產(chǎn)品選型。此外，ADI還提供配套使用的品種豐富、性能優(yōu)異的視頻解碼器/編碼器、視頻多路復用器/開關(guān)和視頻放大器等主信號鏈元器件。

 

全球市場上，主要汽車供應商和OEM廠商都在利用ADI公司的領(lǐng)先高性能信號處理技術(shù)，在客車上實施并部署各種基于雷達和視覺的ADAS系統(tǒng)。據(jù)悉，在中國市場，基于視覺的ADAS系統(tǒng)如提供路線偏差告警、交通標志識別、智能前燈控制、物體檢測/分類、行人檢測等功能的開發(fā)項目已有若干廠商在開展，但基于雷達的ADAS系統(tǒng)（還可提供前/后停車幫助、安全車距預警、車道變換輔助、盲點檢測、自適應巡航等功能）還鮮有人跟進。

 

李防震透露，中國ADAS開發(fā)客戶常選的Blackfin型號為ADSP-BF561、ADSP-BF549或ADSP-BF534。這些產(chǎn)品均符合ISO 26262標準定義的ASIL（汽車安全完整性等級）規(guī)范，支持汽車安全概念。而由ADI專門團隊開發(fā)出來的優(yōu)化的Blackfin編譯器和圖像處理工具箱（ITB）底層算法庫能夠最大程度地提高運行效率和MIPS。而基于軟件的架構(gòu)有助于用戶推出與眾不同的產(chǎn)品。

 

其中，ITB包含一整套軟件模塊形式的圖像處理代碼，兼容MISRA-C，針對Blackfin處理器進行了優(yōu)化。ITB產(chǎn)品功能包括：色彩轉(zhuǎn)換；圖像濾波器，如卷積、索貝爾（Sobel）和相關(guān)等；形態(tài)運算，如侵蝕和膨脹等；矩陣運算；圖像濾波器；線性代數(shù)；估計器，如卡爾曼濾波器等；金字塔；ADAS模塊，如霍夫變換、2D積分圖像和魚眼校正等。

 

另外，ADI提供的設計資源還包括 ADSP-BF53x/ADSP-BF54x/ADSP-BF561評估板EZ-KIT Lite；Blackfin DSP集成開發(fā)環(huán)境：Visual DSP++®和CCES®；視頻解碼器、編碼器/DAC、視頻放大器、視頻多路復用器等的評估板。“算法庫源代碼、評估板等設計資源ADI均可免費提供給客戶，這是ADI ADAS解決方案的一大優(yōu)勢，而競爭對手的評估板是要付費的，代碼也不會免費開放。”李防震表示。

 

而ADI最近推出的新一代雙核、1GHz處理能力的Blackfin處理器ADSP-BF608和ADSP-BF609針對嵌入式視覺應用進行了優(yōu)化，并均配備一個稱為“流水線視覺處理器（PVP） ”的高性能視頻分析加速器。PVP由一組可配置的硬件處理模塊構(gòu)成，設計用于加速多達5個并行圖像算法，從而實現(xiàn)極高的分析性能。這些處理器將是未來ADAS系統(tǒng)應用的又一理想之選。

　　

 

德國Aglaia GmbH公司已上市的汽車駕駛員輔助視覺傳感器系統(tǒng)，具有防止交通事故發(fā)生和改善交通流量的功能。這種實時電子眼方案由硬件和軟件組成，它模仿了人類從眼球（圖像捕捉）到大腦（圖像分析和闡釋）的視覺系統(tǒng)。它能夠通知駕駛員前方的交通標志，對潛在的交通沖突發(fā)出警告，自動限速，當駕駛員駛出車道線時發(fā)出警告。該系統(tǒng)甚至可以提供“疲勞分析”幫助駕駛員避免碰撞。

 

Aglaia的完整解決方案包括CMOS攝像頭、圖像傳感器和圖像處理算法。交通分析應用程序包括可軟件配置的功能模塊，例如車道線識別、物體識別、交通標志識別、頭燈及尾燈識別。運行于PC技術(shù)的這個應用軟件，專為汽車應用而優(yōu)化，可以實時處理捕捉的視頻圖像。堅固耐用的CMOS攝像頭通過IEEE 1394b火線與Aglaia的低成本電子控制單元（ECU）電路板TEPLA連接。反過來，TEPLA可以連接到收集汽車傳感器系統(tǒng)數(shù)據(jù)的CAN總線。

 

圖3 德國Aglaia 公司已上市的駕駛員輔助視覺傳感器系統(tǒng)核心控制板采用四個ADSP-BF561處理器

 

Aglaia系統(tǒng)的TEPLA板內(nèi)嵌四個Blackfin®ADSP-BF561處理器，每個處理器都有兩個600MHz的內(nèi)核，提供總共4.8 GHz的處理能力，并可以擴展到每板上有6個處理器。插兩塊TEPLA可以加倍處理性能。經(jīng)過對現(xiàn)有解決方案的全面市場調(diào)研，因為Blackfin具有高性能、低成本、低功耗和豐富I/O接口的優(yōu)勢，Aglaia最終選擇了該款處理器。

 

I.低功耗

 

Aglaia當初的設計規(guī)格是要求系統(tǒng)整體在大約3A電流左右消耗少于20W的能量，而且要求在一個單芯片上包括嵌入式微控制器和信號處理器。包含BF561器件的1.2V設計產(chǎn)品只消耗不到1A的電流，很容易滿足Aglaia的系統(tǒng)功耗限制的要求。

 

II.高性能

 

Aglaia TEPLA內(nèi)部的四個ADSP-BF561處理器可以在低階算法上協(xié)同運算，比如可以很容易地實現(xiàn)邊緣檢測，因為他們屬性相同從而可以高效合成。這些處理器同樣可以在高階算法上協(xié)同運算，這種應用一般是指需要這些高性能信號處理器發(fā)揮所有能力才能解決的問題。同時包括實時算法，如需要根據(jù)攝像頭提取的道路和斑馬線特征計算出車輛的前方和側(cè)面相對位置。曲線檢測算法可以自動處理由車輛、信號標志、光斑或者陰影，或者低圖像對比度造成的盲區(qū)，這么復雜的高強度數(shù)學運算，只有像Blackfin這樣的高性能信號處理器才可以完成任務。

 

同樣的，對根據(jù)來自兩個攝像頭的數(shù)據(jù)三角相關(guān)來檢測道路上的物體和/或在三維空間上相對于車輛的位置的情況，也需要一個高性能的信號處理器。Blackfin提供了可伸縮的處理性能用于圖像處理和其他任務，比如在TEPLA和攝像頭傳感器網(wǎng)絡之間通過CAN總線和LIN總線通信。

 

III.豐富的I/O接口

 

Aglaia選擇Blackfin的另一個重要原因是它的I/O、存儲器、并行數(shù)據(jù)端口（PPI）和直接內(nèi)存存?。―MA）特點。Blackfin處理器擁有大容量片上存儲器和I/O接口，能夠滿足高速幀抓取和數(shù)據(jù)傳輸需要，同時它能夠在推薦溫度范圍內(nèi)工作。這是Aglaia在這個價位上發(fā)現(xiàn)的適于汽車應用的第一款處理器。

 

ADSP-BF561處理器自帶328 K字節(jié)片上存儲器并提供兩個PPI，可以直接連接并行A/D和D/A轉(zhuǎn)換器或其他通用外設。該處理器同樣含有多個獨立DMA控制器，支持數(shù)據(jù)自動傳輸從而使處理器內(nèi)核的負擔最小化，它還有兩個雙通道全雙工同步串行口。

 

IV.簡便易用的開發(fā)和調(diào)試工具

 

Aglaia使用ADI公司的Visual DSP++，一個容易安裝、使用方便的集成軟件開發(fā)和調(diào)試環(huán)境（IDE），對工程從頭至尾高效管理。ADI提供了一個包含編譯器、連接器和調(diào)試器的超高性能的工具鏈。Aglaia同樣采用了ADI的基于PCI的JTAG仿真器接口來加速應用開發(fā)。

 

V.高性價比

 

ADSP-BF561處理器雙核獨特組合減少了對單獨的數(shù)字信號和控制處理器的需要，從而減少了物料成本，同時極大地簡化了軟硬件開發(fā)任務。因為Blackfin具有很好的性價比，Aglaia預測將來會有更多更新的應用移植到TEPLA上，如交通流量分析、安全和生物識別等。反過來，Aglaia會從ADI尋找可以支持更大內(nèi)部存儲器、更多I/O端口甚至更快處理速度的新一代Blackfin處理器。來源：電子發(fā)燒友。


【推薦閱讀】