CN110733444A - 一种基于mpsoc平台的adas驾驶辅助系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于MPSOC平台的ADAS驾驶辅助系统，属于驾驶辅助系统领域，该系统包括：处理系统PS和可编程逻辑PL；PS的外围接口包括：PS MIO接口和PS GTR接口；PS MIO接口包括存储接口、PS GPIO接口、CAN接口、MCU接口、SPI接口、IIC接口及通信接口；PS GTR接口包括USB接口、以太网接口及PCIE接口；PL的外围接口包括：PL HD Bank接口和PL HP Bank接口；PL HD Bank接口包括：显示转板接口、报警接口、SPI接口及UART接口；PL HP Bank接口包括：MIPI接口、DVP接口、DDR4接口、GPIO接口及状态灯接口。根据需求可以实现360环视、盲区检测、驾驶员疲劳检测、行人、车牌及道路标示等ADAS功能的自由组合。

Description

一种基于MPSOC平台的ADAS驾驶辅助系统
技术领域
本发明属于驾驶辅助系统领域，更具体地，涉及一种基于MPSOC平台的ADAS驾驶辅助系统。
背景技术
目前高级驾驶辅助系统(Advanced Driving Assistant System，ADAS)的技术提供前车碰撞预警(Forward Collision Warning，FCW)、车道偏离预警(Lane DepartureWarning，LDW)、盲区监测(Blind Spot Detection，BSD)、行人检测(Pedestrian CollisionWarning，PCW)、自动紧急制动(Autonomous Emergency Braking，AEB)及车距监测(HeadwayMonitoring Warning，HMW)等报警功能。
目前的驾驶辅助系统主要采用多芯片、多平台来满足一种或多种的驾驶辅助功能。例如，Mobileye公司的Mobileye 5系列产品，支持智能手机显示、前部碰撞预警、行人碰撞预警、车距监测与警告及车道偏离警告。纵目科技的2D/3D环视系统，支持360环视功能。武汉极目智能技术有限公司的JM600产品，支持车辆、车道线、行人、限速标志、可行使区域检测及行人AEB等驾驶辅助功能。
然而，现有的ADAS驾驶辅助系统大多数采用ARM、DSP、ASIC、MCU及SOC等嵌入式方案，这些方案虽然能满足某些特定的驾驶辅助功能，快速的让产品上市，但是产品功能较为单一，可定制化程度不高。主要表现在以下几个方面：
(1)现有的ADAS驾驶辅助系统定制化需求较高，涉及的对外接口种类复杂，一般情况下需要针对某一项或几项ADAS功能重复设计硬件，适应性较差；
(2)采用多芯片的ADAS驾驶辅助系统；其成本高、面积和功耗较大；
(3)由于受到带宽的限制，在多传感器融合上瓶颈会越来越明显。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提出了一种基于MPSOC平台的ADAS驾驶辅助系统，由此解决现有产品功能较为单一，可定制化程度不高的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于MPSOC平台的ADAS驾驶辅助系统，采用Zynq UltraScale+MPSoC器件作为中央处理器，所述系统包括：处理系统PS和可编程逻辑PL；
所述处理系统PS的外围接口包括：PS MIO接口和PS GTR接口；所述PS MIO接口包括存储接口、PS GPIO接口、CAN接口、MCU接口、SPI接口、IIC接口、通信模块接口及UART接口；所述PS GTR接口包括USB接口、以太网接口及PCIE接口；
所述可编程逻辑PL的外围接口包括：PL HD Bank接口和PL HP Bank接口；所述PLHD Bank接口包括：显示转板接口、报警模块接口、SPI接口及UART接口；所述PL HP Bank接口包括：MIPI接口、DVP接口、DDR4接口、GPIO接口及状态灯接口。
优选地，所述PS MIO接口中的存储接口包括：DDR4接口、Nand Flash接口及SD卡接口；
所述DDR4接口用于连接DDR4存储器，以用于缓存摄像头图像数据，存储图像处理的中间数据和结果数据；
所述Nand Flash接口用于连接Nand Flash存储器，以用于存储系统程序，供MPSOC启动使用；
所述SD卡接口用于连接SD卡，以用于储存报警信息及配置参数。
优选地，所述PS MIO接口中的PS GPIO接口用于连接复位按键；所述PS MIO接口中的CAN接口用于接收毫米波雷达数据，同时预留若干CAN接口；所述PS MIO接口中的MCU接口用于连接外部MCU，以用来接收与解析汽车报文信息；所述PS MIO接口中的SPI接口用于主板陀螺仪芯片配置和功能安全芯片通信；所述PS MIO接口中的IIC接口用于硬件芯片参数配置；所述PS MIO接口中的通信模块接口用于连接通信模块，以与地面指挥中心通信。
优选地，所述PS GTR接口中的USB接口用于接行车记录仪，所述PS GTR接口中的以太网接口用于程序调试、升级及整车通信；所述PS GTR接口中的PCIE接口用于图像数据的高速传输，为后期预留使用。
优选地，所述PL HD Bank接口中的显示转板接口用于输出HDMI、DVI及VGA格式图像；所述PL HD Bank接口中的报警模块接口用于输出报警信息；所述PL HD Bank接口中的SPI接口用于主板陀螺仪芯片通信；所述PL HD Bank接口中的UART接口用于车辆超声波雷达、车辆陀螺仪、显示小屏、报警器及北斗模块通信。
优选地，所述PL HP Bank接口中的MIPI接口用于接收8路LVDS或者AHD摄像头通过LVDS转MIPI或者AHD转MIPI输入的图像数据；所述PL HP Bank接口中的DVP接口用于接收一路DVP摄像头通过单端电平转换芯片转换后输入的图像数据；所述PL HP Bank接口中的DDR4接口用于连接DDR4存储器，以用于缓存深度学习计算的中间数据；所述PL HP Bank接口中的GPIO接口用于逻辑调试及预留使用；所述PL HP Bank接口中的状态灯接口用于显示系统运行状态。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
1、根据不同的客户需求，本系统可以实现360环视、盲区检测、驾驶员疲劳检测、行人、车牌及道路标示等ADAS功能的自由组合；
2、可灵活扩展摄像头接入数量，应对未来汽车中摄像头数量翻倍的可能；
3、通过简单的硬件和软件配置，可实现环视、前视、疲劳等功能的组合，提升产品竞争力；
4、作为一个ADAS平台，可以实现多种产品功能，例如360环视功能、盲区检测、驾驶员疲劳检测系统及前视ADAS功能；
5、ADAS系统采用单芯片架构，同时降低了整机系统功耗。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种基于MPSOC平台的ADAS驾驶辅助系统的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种基于MPSOC平台的ADAS驾驶辅助系统的PS部分硬件结构示意图；
图3是本发明实施例提供的一种基于MPSOC平台的ADAS驾驶辅助系统的PL部分硬件结构示意图；
图4是本发明实施例提供的一种基于MPSOC平台的ADAS驾驶辅助系统的原理框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明涉及一种基于MPSOC平台的ADAS驾驶辅助系统，该系统主要包括车道偏离预警系统LDWS、车辆、车道线、行人、限速标志、可行使区域检测、行人AEB、360环视、盲区监测及驾驶员疲劳检测等驾驶辅助功能。
本发明采用MPSOC的驾驶辅助系统，FPGA内部集成了4核APU、双核RPU以及双核GPU。为ADAS、360环视及盲区检测提供全适应的软硬件平台，满足大部分的ADAS产品需求，减少重复性的开发成本；可根据市场需求定制差异化的产品，提高产品竞争力，例如在360环视中加入深度学习模块，增加检测行人、车辆识别并报警的功能。
如图1所示，本发明涉及一种用于驾驶辅助系统的通用平台，该系统采用Xilinx的Zynq UltraScale+MPSoC器件作为中央处理器，该器件I/O具有可编程、低延时特点，支持多路MIPI、Ethernet协议视频接入、SATA、HDMI/Dispay Port、CAN等协议。该硬件系统主要包括处理系统(Processing System，PS)和可编程逻辑(Progarmmable Logic，PL)两部分；处理系统PS的外围接口包括：PS MIO接口和PS GTR接口；PS MIO接口包括存储接口、PS GPIO接口、CAN接口、MCU接口、SPI接口、IIC接口、通信模块接口及UART接口；PS GTR接口包括USB接口、以太网接口及PCIE接口；可编程逻辑PL的外围接口包括：PL HD Bank接口和PL HPBank接口；PL HD Bank接口包括：显示转板接口、报警模块接口、SPI接口及UART接口；PL HPBank接口包括：MIPI接口、DVP接口、DDR4接口、GPIO接口及状态灯接口。
具体地，PS部分硬件结构框图如图2所示，其中，DDR4主要用于缓存摄像头图像数据，存储图像处理中间和结果数据；外挂的飞思卡尔MCU，主要用来接收与解析汽车报文信息；SD卡用于储存报警信息及配置参数；FLASH用于存储系统程序，供MPSOC启动使用；PSGPIO部分包括外设的复位按键；CAN接口用于接收毫米波雷达数据，同时预留一个CAN接口；USB3.0接口用于接行车记录仪；以太网接口可用于程序调试、升级、整车通信；SPI用于主板陀螺仪芯片配置和功能安全芯片通信；IIC用于硬件芯片参数配置，4G模块在某些应用中可与地面指挥中心通信，PCIE2.1接口用于图像数据的高速传输，为后期预留使用。
具体地，PL部分硬件结构框图如图3所示，其中，显示部分通过转接板可以输出HDMI、DVI、VGA格式图像；图像输入部分，支持一路DVP摄像头、8路LVDS或者AHD摄像头接入，然后通过LVDS转MIPI或者AHD转MIPI，最终接到FPGA的MIPI接口；DDR4主要是逻辑用于缓存深度学习计算的中间数据；SPI用于主板陀螺仪芯片通信；UART接口用于车辆超声波雷达、车辆陀螺仪、显示小屏、报警器、北斗等模块通信；GPIO用于逻辑调试及预留使用；主板LED状态灯用于显示系统运行状态。
基于图2和图3所示的MPSoC硬件平台，输入部分最大可同时支持8路全高清的MIPI图像接入，ADAS功能可实现360环视、驾驶员疲劳检测、车道偏离、行人监控及车牌识别等功能，图像输出支持USB3.0接口，通过输出转接板，可支持VGA、DVI、HDMI接口输出。其典型的一种ADAS驾驶原理系统框图如图4所示，该系统可以实现360环视、行人及车辆检测功能。在图4中，各模块的连接关系及功能如下：
1、MIPI RX接收模块负责接收外部输入的4路摄像头原始数据，解析每一路摄像头的行、场及有效数据。
2、图像接收模块负责接收MIPI RX模块解析后的数据，并对4路摄像头进行同步处理，然后对4路摄像头数据进行拼接输出。
3、VDMA输入模块负责将图像接收模块输出的数据转换成AXI-stream数据格式，然后通过AXI HP port接口将图像存入DDR中。
4、图像预处理模块负责图像缩放、鱼眼矫正。
5、图像协同处理模块负责鱼眼透视变换、图像反矫正、图像融合拼接等功。
6、深度学习加速模块进行卷积神经网络处理，图像依次被送入每一层的分类网络，SSD检测网络，分割网络，之后输出深度学习完成数据，并送回给PS侧zynq。在深度学习加速模块进行神经网络处理时，其处理的中间数据被缓存到PL ddr中。
7、VDMA输出模块根据需求从DDR4中读取处理后的数据，这些数据可以是360全景拼接、某路摄像头处理后的数据，然后通过图像输出模块将图像数据转成HDMI格式，HDMI接口通过线缆跟监视器连接，将最终的图像显示在监视器上。
8、报警模块用来产生报警声音，提示驾驶员；SD存储卡用来存储报警信息与配置参数；MCU FS32K处理器用于车辆CAN通信扩展；SPI用于芯片配置、UART、Ethernet接口用于通信与调试。
本发明考虑到ADAS系统的目前标准不成熟、客户定制需求度高等情况，对系统的硬件架构和实现原理做了扩展，其优点在于：
(1)根据不同的客户需求，本系统可以实现360环视、盲区检测、驾驶员疲劳检测、行人、车牌及道路标示等ADAS功能的自由组合。
(2)通过合理任务划分，使用逻辑、APU、RPU、GPU使系统性能达到最优，进一步降低功耗。
(3)扩展功能：通过4G模块可与安全控制中心通讯，实时了解车辆或者驾驶员情况，在发生意外的情况下，方便及时救援。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于MPSOC平台的ADAS驾驶辅助系统，采用Zynq UltraScale+MPSoC器件作为中央处理器，其特征在于，所述系统包括：处理系统PS和可编程逻辑PL；
所述处理系统PS的外围接口包括：PS MIO接口和PS GTR接口；所述PS MIO接口包括存储接口、PS GPIO接口、CAN接口、MCU接口、SPI接口、IIC接口、通信模块接口及UART接口；所述PS GTR接口包括USB接口、以太网接口及PCIE接口；
所述可编程逻辑PL的外围接口包括：PL HD Bank接口和PL HP Bank接口；所述PL HDBank接口包括：显示转板接口、报警模块接口、SPI接口及UART接口；所述PL HP Bank接口包括：MIPI接口、DVP接口、DDR4接口、GPIO接口及状态灯接口。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述PS MIO接口中的存储接口包括：DDR4接口、Nand Flash接口及SD卡接口；
所述DDR4接口用于连接DDR4存储器，以用于缓存摄像头图像数据，存储图像处理的中间数据和结果数据；
所述Nand Flash接口用于连接Nand Flash存储器，以用于存储系统程序，供MPSOC启动使用；
所述SD卡接口用于连接SD卡，以用于储存报警信息及配置参数。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述PS MIO接口中的PS GPIO接口用于连接复位按键；所述PS MIO接口中的CAN接口用于接收毫米波雷达数据，同时预留若干CAN接口；所述PS MIO接口中的MCU接口用于连接外部MCU，以用来接收与解析汽车报文信息；所述PS MIO接口中的SPI接口用于主板陀螺仪芯片配置和功能安全芯片通信；所述PS MIO接口中的IIC接口用于硬件芯片参数配置；所述PS MIO接口中的通信模块接口用于连接通信模块，以与地面指挥中心通信。
4.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述PS GTR接口中的USB接口用于接行车记录仪，所述PS GTR接口中的以太网接口用于程序调试、升级及整车通信；所述PS GTR接口中的PCIE接口用于图像数据的高速传输，为后期预留使用。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述PL HD Bank接口中的显示转板接口用于输出HDMI、DVI及VGA格式图像；所述PL HD Bank接口中的报警模块接口用于输出报警信息；所述PL HD Bank接口中的SPI接口用于主板陀螺仪芯片通信；所述PL HD Bank接口中的UART接口用于车辆超声波雷达、车辆陀螺仪、显示小屏、报警器及北斗模块通信。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述PL HP Bank接口中的MIPI接口用于接收8路LVDS或者AHD摄像头通过LVDS转MIPI或者AHD转MIPI输入的图像数据；所述PL HPBank接口中的DVP接口用于接收一路DVP摄像头通过单端电平转换芯片转换后输入的图像数据；所述PL HP Bank接口中的DDR4接口用于连接DDR4存储器，以用于缓存深度学习计算的中间数据；所述PL HP Bank接口中的GPIO接口用于逻辑调试及预留使用；所述PL HPBank接口中的状态灯接口用于显示系统运行状态。
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