מערכת על מודול Zynq UltraScale+ MPSoC‏ עבור LiDAR‏

(מקור התמונה: iWave Systems)

LiDAR התפתח כטכנולוגיית חישה מרחוק חשובה עבור יישומים מדעיים וצבאיים רבים. הוא מספק מדידות מדויקות וברזולוציה גבוהה של מבנים תלת-ממדיים, ממיר בקלות את הנתונים שהתקבלו למפות תלת-ממדיות כדי לנתח את הסביבה, ואינו מושפע אפילו בתנאי מזג אוויר ותאורה מאתגרים.

יכולת ההתאמה של Zynq UltraScale+ MPSoC לתמיכה בטכנולוגיית LiDAR

התקני Zynq UltraScale+ MPSoC‏ מאפשרים תכנון מוצר מבוסס SoC, ניתנים-להתאמה הם מבטיחים ביותר עבור מימוש יישומי LiDAR. שילוב של ארכיטקטורת המעבד וה-FPGA גם יחד בהתקן יחיד מאפשר פריסה מהירה של פתרון גמיש אך עדיין ממוטב עבור כל תחום נתון.

יכולת התכנות של FPGA מספקת גמישות רבה בפיתוח יכולות מותאמות-במיוחד עבור המוצר. כמו כן, ל-FPGAs יש את הפוטנציאל להאיץ את העיבוד על ידי שימוש במקביליות רבת-רמות.

סדרת Zynq UltraScale+ MPSoC‏ משלבת בקרה בזמן-אמת עם מנועים רכים וקשיחים עבור גרפיקה, וידאו, צורות גל ועיבוד מנות (Packets‏). כתוצאה מכך התקני MPSoC הם רבי-עוצמה וגמישים דיים כדי לספק יכולות מתקדמות עבור חיישני LiDAR: עיבוד אותות, טרום-עיבוד ענן נקודתי והאצת למידת מכונה ענן נקודתית. בנוסף, התקני Zynq MPSoC ידועים כחסכוניים בצריכת הספק, וזה קריטי עבור LiDARs.

מדוע להשתמש בגישת SoM לבניית מוצרי LiDAR

השימוש בגישת מערכת-על-מודול לבניית מוצרי LiDAR מעניק יתרונות משמעותיים על ידי הפחתת מאמצי הפיתוח של מספר מורכבויות הכרוכות במחזור התכנון. מתכנן המוצר יכול להתמקד בפיתוח חבילות קושחה ותוכנה על ידי חיסכון של חלק מהחומרה המורכבת של התכן. זה מקצר משמעותית את זמן היציאה לשוק עם עלות פיתוח מוצר מופחתת.

יתר על כן, מערכת-על-מודול מעניקה מדרגיות וגמישות עצומים למתכנן בעת המעבר ל-SoM עם יכולת מיחשוב גבוהה יותר, מבלי לשנות את התכן של הכרטיס הנושא.

מאפייני מערכת-על-מודול MPSoC‏ Zynq‏ עבור LiDAR‏

ה-Zynq UltraScale+ MPSoC SoM‏ כולל ארכיטקטורת Arm® + FPGA הטרוגנית ומעניקה צירוף חסון של מערכת העיבוד (PS) והלוגיקה הניתנת-לתכנות (PL).

• ה-PS מכיל מעבד Arm Cortex®-A53 ארבע-ליבות הפועל במהירות של עד 1.5 גיגה-הרץ ויחידת עיבוד בזמן-אמת המצוידת במעבדי Arm Cortex-R5 הפועלים במהירות של עד 600 מגה-הרץ
• PL מבוסס ארכיטקטורת +UltraScale+ של 16 ננומטר המכיל עד K‏ 504‏ בלוקי לוגיקה ניתנים-להגדרה, זיכרון RAM בלוק ורכיבי DSP 

איור 1: ה- Zynq UltraScale+ MPSoC SoM. (מקור התמונה: iWave Systems)

יתרונות אחרים כוללים:

• ממשק כלשהו-ל-כלשהו
• כלי תכנות לתכנון
• יכולות עיבוד תמונה
• רשת נוירונית מואצת
• מאפייני בטיחות וביטחון

ממשק כלשהו-ל-כלשהו

תאימות לתקני ממשקים שונים היא אתגר משמעותי שמציגים ממשק חיישנים ועיבוד. פתרון טיפוסי צריך להיות בעל יכולת לתמוך בממשקים מהירים כגון MIPI, JESD204B, LVDS ו-GigE כדי לתמוך בחיישנים עם רוחב-פס רחב כגון מצלמות, RADAR ו-LiDAR. ממשק חיישנים ועיבוד יידרשו גם להתממשק עם חיישנים עם רוחב-פס צר יותר המשתמשים בתקנים כגון CAN, SPI, I2C ו-UARTs עבור מדי תאוצה.

ה-PS ו-PL של ה-Zynq UltraScale+ MPSoCs PL תומכים במגוון של ממשקים סטנדרטיים בתעשייה כגון CAN, SPI, I2C, UART ו-GigE. גמישות ה-PL I/O מאפשרת התממשקות ישירה עם MIPI, LVDS ו-GigaBit Serial Links, ומאפשרת רמות גבוהות יותר של מימוש פרוטוקול בתוך ה-PL.

על ידי מתן ה-PHY הנכון בתכן החומרה, ה-PL מאפשר מימוש של כל ממשק, ומספק ממשק כלשהו-ל-כלשהו.

כלי תכנות לתכנון

התקני +Zynq UltraScale‏ מגיעים עם Vivado Design Suite כדי להגדיר את תכן ה-PS ו-PL. Vivado מעניקה את חוויית הפיתוח המלאה של PL, כולל תמיכה עבור סינתזה, מקום ומסלול, וסימולציה.

Vitis נכנסת לפעולה כשמדובר בפיתוח פתרונות תוכנה. Vitis תומכת בפיתוח Embedded Linux באמצעות PetaLinux ומערכות הפעלה בזמן-אמת כגון FreeRTOS.

בנוסף ליכולות פיתוח המערכת, Vitis תומכת בהאצת Kernel‏ בתוך ה-PL באמצעות OpenCL‏.

יכולות עיבוד תמונה

עיבוד תמונה הוא קריטי ביישומי LiDAR עבור ניווט וניטור. בדרך כלל האלגוריתמים המשמשים במערכות אלו נוצרים ונבנים במסגרות-עבודה ברמה גבוהה כגון OpenCV.

יחידת Codec וידאו H.264/H.265 כלולה בסדרת Zynq UltraScale+ MPSoC EV לתמיכה בעיבוד תמונה.

רשת נוירונית מואצת

מלבד עיבוד תמונה, למידת מכונה היא טכנולוגיה קריטית עבור פיתוח יישומים אוטומטיים. למידת מכונה עוזרת לסווג אובייקטים בכביש המהיר או לצפות ולפקח על הנוסעים.

כדי לאפשר זאת, Viti AI מספקת Model Zoo, קומפיילר AI‏, אופטימייזר ו-Profiler כדי להתקין את האפליקציה על יחידת עיבוד הלמידה העמוקה.

מאפייני בטיחות וביטחון

תקן ההצפנה המתקדם (AES) משמש לאבטחת התצורה של התקני Xilinx.

התקני Zynq UltraScale+ MPSoC מממשים פתרונות אבטחה רב-שכבתיים באמצעות יחידת אבטחת תצורה (CSU‏) בתוך ה-PS. ה-CSU תומך ב-AES 256-GCM‏, ‎4096 RSA Multiplier‏ ו-SHA-384‏ המעניקים פונקציות סודיות, אימות ושלמות.

היענות נגד-חבלה דרך מנטר מערכת מובנה מאפשרת ללקוח לעקוב אחר מתחי ההתקן וטמפרטורות פיסת-הסיליקון של ה-SoM.

מדרגיות על פני ה-Zynq MPSoC SoM של iWave

iWave מציעה סל מוצרים נרחב של מערכת-על-מודול עבור סדרת Zynq UltraScale+ MPSoC, החל מגרסאות ZU4 עד ZU19. מודולים אלה משרתים מגוון רחב של תעשיות, כולל תעשייה עילית, צבא וביטחון.

במונחים של צפיפות הלוגיקה, זמינות ה-I/O‏, מספר נתיבי מקמ"ש ותכן DDR במהירות גבוהה, מערכות-על-מודול אלו מעניקות מדרגיות מצוינת עבור יישומי קצה. לכן לוח נשא מתוכנן יכול לכסות מספר נקודות-חיבור I/O‏ עבור מגוון רחב של מוצרי קצה, מ-ZU4 עם K‏ 192 תאי לוגיקה ועד ZU19 עם עד M‏ 1.1‏ תאי לוגיקה.