ระบบ Zynq UltraScale+ MPSoC บนโมดูลสำหรับ LiDAR

(ที่มาของภาพ: iWave Systems)

LiDAR ได้กลายเป็นเทคโนโลยีการตรวจจับระยะไกลที่สำคัญสำหรับการใช้งานทางวิทยาศาสตร์และการทหารมากมาย ให้การวัดโครงสร้าง 3 มิติที่มีความละเอียดสูงและแม่นยำ แปลงข้อมูลที่ได้รับเป็นแผนที่ 3 มิติเพื่อตีความสภาพแวดล้อมโดยรอบได้อย่างง่ายดาย และยังคงไม่ได้รับผลกระทบแม้ในสภาพอากาศและสภาพแสงที่มีความท้าทาย

ความสามารถในการปรับตัวของ Zynq UltraScale+ MPSoC เพื่อรองรับเทคโนโลยี LiDAR

อุปกรณ์ Zynq UltraScale+ MPSoC ช่วยให้สามารถออกแบบผลิตภัณฑ์ที่ใช้ SoC แบบปรับได้ ซึ่งมีแนวโน้มอย่างมากสำหรับการใช้งานแอปพลิเคชัน LiDAR การผสานรวมทั้งโปรเซสเซอร์และสถาปัตยกรรม FPGA ไว้ในอุปกรณ์เครื่องเดียวช่วยให้ปรับใช้โซลูชันที่ยืดหยุ่นแต่ปรับให้เหมาะสมได้อย่างรวดเร็วสำหรับโดเมนที่กำหนด

ความสามารถในการตั้งโปรแกรมของ FPGA ให้ความยืดหยุ่นอย่างมากในการพัฒนาความสามารถที่กำหนดเองสำหรับผลิตภัณฑ์ นอกจากนี้ FPGA ยังมีศักยภาพในการเร่งการประมวลผลโดยใช้การขนานหลายระดับ

ซีรีส์ Zynq UltraScale+ MPSoC ผสมผสานการควบคุมแบบเรียลไทม์กับเอ็นจิ้นที่อ่อนนุ่มและแข็งสำหรับกราฟิก วิดีโอ รูปคลื่น และการประมวลผลแพ็กเก็ต เป็นผลให้อุปกรณ์ MPSoC มีประสิทธิภาพและยืดหยุ่นเพียงพอที่จะส่งมอบความสามารถขั้นสูงสำหรับเซ็นเซอร์ LiDAR: การประมวลผลสัญญาณ, การประมวลผลล่วงหน้าบนคลาวด์แบบจุด และการเร่งความเร็วการเรียนรู้ของเครื่องบนคลาวด์แบบชี้ นอกจากนี้ อุปกรณ์ Zynq MPSoC ยังขึ้นชื่อว่าประหยัดพลังงาน ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญสำหรับ LiDAR

เหตุใดจึงต้องใช้แนวทาง SoM เพื่อสร้างผลิตภัณฑ์ LiDAR

การใช้แนวทาง System on Module สำหรับการสร้างผลิตภัณฑ์ LiDAR ให้ประโยชน์ที่สำคัญโดยการลดความซับซ้อนหลายประการที่เกี่ยวข้องกับวงจรการออกแบบ ผู้ออกแบบผลิตภัณฑ์สามารถมุ่งเน้นไปที่การพัฒนาเฟิร์มแวร์และซอฟต์แวร์สแต็คโดยกำจัดส่วนฮาร์ดแวร์ที่ซับซ้อนของการออกแบบ ซึ่งช่วยลดเวลาในการออกสู่ตลาดได้อย่างมากด้วยต้นทุนการพัฒนาผลิตภัณฑ์ลดลง

นอกจากนี้ System on Modules ยังให้ความสามารถในการปรับขนาดและความยืดหยุ่นอย่างมหาศาลแก่นักออกแบบเมื่อย้ายไปยัง SoM การคำนวณที่สูงขึ้นโดยไม่ต้องเปลี่ยนการออกแบบของการ์ดผู้ให้บริการ

ระบบ Zynq MPSoC บนคุณสมบัติโมดูลสำหรับ LiDAR

Zynq UltraScale+ MPSoC SoM มีสถาปัตยกรรม Arm® + FPGA ที่ต่างกันและให้การผสมผสานที่แข็งแกร่งของระบบการประมวลผล (PS) และลอจิกที่ตั้งโปรแกรมได้ (PL)

• PS ประกอบด้วยโปรเซสเซอร์ Arm Cortex®-A53 แบบ Quad-core ที่ทำงานที่ความเร็วสูงสุด 1.5 GHz และหน่วยประมวลผลแบบเรียลไทม์ที่ติดตั้งโปรเซสเซอร์ Arm Cortex-R5 ที่ทำงานที่ความเร็วสูงสุด 600 MHz
• PL อิงตามสถาปัตยกรรม UltraScale+ ขนาด 16 นาโนเมตรที่มีบล็อกลอจิกที่กำหนดค่าได้, บล็อก RAM และองค์ประกอบ DSP สูงสุด 504 K

รูปที่ 1: Zynq UltraScale+ MPSoC SoM (ที่มาของรูปภาพ: ระบบ iWave)

สิทธิประโยชน์อื่น ๆ ได้แก่:

• การเชื่อมต่อแบบใดก็ได้
• เครื่องมือออกแบบ
• ความสามารถในการประมวลผลภาพ
• โครงข่ายประสาทแบบเร่งความเร็ว
• คุณสมบัติด้านความปลอดภัยและความปลอดภัย

การเชื่อมต่อแบบใดก็ได้

การปฏิบัติตามมาตรฐานการเชื่อมต่อที่แตกต่างกันถือเป็นความท้าทายที่สำคัญที่นำเสนอโดยการเชื่อมต่อและการประมวลผลของเซ็นเซอร์ โซลูชันทั่วไปควรมีความสามารถในการรองรับอินเทอร์เฟซความเร็วสูง เช่น MIPI, JESD204B, LVDS และ GigE เพื่อรองรับเซ็นเซอร์ที่มีแบนด์วิดท์สูง เช่น กล้อง เรดาร์ และ LiDAR การเชื่อมต่อและการประมวลผลของเซ็นเซอร์จะต้องเชื่อมต่อกับเซ็นเซอร์แบนด์วิดท์ต่ำกว่าที่ใช้มาตรฐานเช่น CAN, SPI, I2C และ UART สำหรับมาตรความเร่ง

Zynq UltraScale+ MPSoCs PS และ PL รองรับอินเทอร์เฟซมาตรฐานอุตสาหกรรมที่หลากหลาย เช่น CAN, SPI, I2C, UART และ GigE ความยืดหยุ่นของ PL I/O ช่วยให้สามารถเชื่อมต่อโดยตรงกับ MIPI, LVDS และ GigaBit Serial Links ทำให้สามารถใช้โปรโตคอลในระดับที่สูงขึ้นภายใน PL

ด้วยการจัดเตรียม PHY ที่ถูกต้องในการออกแบบฮาร์ดแวร์ PL ช่วยให้สามารถใช้งานอินเทอร์เฟซใดก็ได้

เครื่องมือออกแบบ

อุปกรณ์ Zynq UltraScale+ มาพร้อมกับ Vivado Design Suite เพื่อกำหนดค่าการออกแบบ PS และ PL Vivado มอบประสบการณ์การพัฒนา PL ที่สมบูรณ์ รวมถึงการรองรับการสังเคราะห์ สถานที่และเส้นทาง และการจำลอง

Vitis เข้ามามีบทบาทเมื่อพูดถึงการพัฒนาโซลูชันซอฟต์แวร์ Vitis รองรับการพัฒนา Embedded Linux โดยใช้ PetaLinux และระบบปฏิบัติการแบบเรียลไทม์ เช่น FreeRTOS

นอกจากความสามารถในการพัฒนาระบบแล้ว Vitis ยังสนับสนุนการเร่งเคอร์เนลภายใน PL โดยใช้ OpenCL

ความสามารถในการประมวลผลภาพ

การประมวลผลภาพมีความสำคัญในแอปพลิเคชัน LiDAR สำหรับการนำทางและการตรวจสอบ โดยปกติ อัลกอริธึมที่ใช้ในระบบเหล่านี้จะถูกสร้างขึ้นและสร้างแบบจำลองในเฟรมเวิร์กระดับสูง เช่น OpenCV

หน่วยโคเดกวิดีโอ H.264/H.265 รวมอยู่ในซีรีส์ Zynq UltraScale+ MPSoC EV เพื่อรองรับการประมวลผลภาพ

โครงข่ายประสาทแบบเร่งความเร็ว

นอกเหนือจากการประมวลผลภาพแล้ว แมชชีนเลิร์นนิงยังเป็นเทคโนโลยีที่สำคัญสำหรับการพัฒนาแอปพลิเคชันอัตโนมัติ แมชชีนเลิร์นนิงช่วยจำแนกวัตถุบนทางหลวงหรือสังเกตและติดตามผู้โดยสาร

เพื่อเปิดใช้งานสิ่งนี้ Viti AI ได้จัดเตรียม Model Zoo, คอมไพเลอร์ AI, Optimizer, Quantizer และ Profiler เพื่อปรับใช้แอปพลิเคชันบนหน่วยประมวลผลการเรียนรู้เชิงลึก

คุณสมบัติด้านความปลอดภัยและความปลอดภัย

มาตรฐานการเข้ารหัสขั้นสูง (AES) ใช้เพื่อรักษาความปลอดภัยการกำหนดค่าอุปกรณ์ Xilinx

อุปกรณ์ Zynq UltraScale+ MPSoC ใช้โซลูชันการรักษาความปลอดภัยแบบเลเยอร์เพิ่มเติมผ่าน configuration security unit (CSU) ภายใน PS CSU รองรับ AES 256-GCM, 4096 RSA Multiplier และ SHA-384 ซึ่งให้ฟังก์ชันการรักษาความลับ การตรวจสอบความถูกต้อง และความสมบูรณ์

การตอบสนองต่อการงัดแงะผ่านการตรวจสอบระบบในตัวช่วยให้ลูกค้าสามารถติดตามแรงดันไฟฟ้าของอุปกรณ์และอุณหภูมิแม่พิมพ์ของ SoM ได้

ความสามารถในการปรับขนาดข้าม iWave Zynq MPSoC SoM

iWave นำเสนอกลุ่มผลิตภัณฑ์ System on Modules สำหรับ Zynq UltraScale+ MPSoC series ตั้งแต่รุ่น ZU4 ถึง ZU19 โมดูลเหล่านี้ให้บริการในอุตสาหกรรมที่หลากหลาย รวมถึงอุตสาหกรรมระดับไฮเอนด์ การทหาร และการป้องกันประเทศ

ในแง่ของความหนาแน่นของลอจิก ความพร้อมใช้งานของ I/O จำนวนเลนของตัวรับส่งสัญญาณ และการออกแบบ DDR ความเร็วสูง System on Modules เหล่านี้ให้ความสามารถในการปรับขนาดที่ยอดเยี่ยมสำหรับการใช้งานปลายทาง ดังนั้นบอร์ดผู้ให้บริการที่ออกแบบมาสามารถครอบคลุมพอร์ต I/O หลายพอร์ตสำหรับผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายที่หลากหลาย ตั้งแต่ ZU4 ที่มีเซลล์ลอจิก 192 K ไปจนถึง ZU19 ที่มีเซลล์ลอจิกสูงสุด 1.1 M