CN112329373A - 用于飞行时间测距芯片的数据处理系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于飞行时间测距芯片的数据处理系统及其方法，揭示的一种用于飞行时间测距芯片的数据处理系统包括获取测量数据的测距逻辑；处理来自所述测距逻辑的数据的处理单元；存储供所述处理单元进行的主程序的只读存储器；存储所述测量数据、所述处理单元的运算数据以及补丁程序的静态随机存取存储器；控制所述静态随机存取存储器的读写的随机存取存储器控制器；加载所述补丁程序至所述静态随机存取存储器以及实现静态随机存取存储器数据的读出的系统控制器；配置系统以及缓存与外部交互数据的接口寄存器；以及至少与外部进行所述补丁程序的通信的接口。本发明实现了一种通用且能够高效处理激光雷达接收数据及飞行时间测距且能进行软件升级的数字芯片系统的架构。

Description

用于飞行时间测距芯片的数据处理系统及其方法

技术领域

一般而言，本揭示关于用于飞行时间测距芯片的数据处理系统及其方法，并且更明确的是可加载补丁程序的用于飞行时间测距芯片的数据处理系统及其方法。

背景技术

在集成电路设计领域，芯片架构设计在整个芯片设计中占据了非常重要的位置。专用集成电路（ASIC）相比通用集成电路，其优点是ASIC能够实现更高的性能，而缺点是灵活性差，后续如果需要添加新的功能，通常需要重新对整个芯片进行设计，开发周期长，成本高。有鉴于此，本发明提出一种用于飞行时间测距芯片的数据处理系统及其方法，其以通常具有非常高的灵活性的通用集成电路而在增加新的功能时通常可以通过升级系统软件的方式来实现，开发周期短，成本低。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。也就是当前用于飞行时间测距芯片正处于一个快速发展阶段，相关数据算法并不完善，在芯片设计中，能否在满足性能需求前提下在原有的芯片上快速部署新的数据处理算法成为了一个急需解决的问题。

为此，本发明的目的在于提出一种用于飞行时间测距芯片的数据处理系统，其可以用以解决传统使用专用集成电路的用于飞行时间测距芯片的缺失。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：本发明提供一种用于飞行时间测距芯片的数据处理系统，其包含获取测量数据的测距逻辑；处理来自所述测距逻辑的数据的处理单元；存储供所述处理单元进行的主程序的只读存储器；存储所述测量数据、所述处理单元的运算数据以及补丁程序的静态随机存取存储器，所述补丁程序为至少修补、更新或其二者而供所述处理单元进行的主程序或辅助程序；控制所述静态随机存取存储器的读写的随机存取存储器控制器；加载所述补丁程序至所述静态随机存取存储器以及实现静态随机存取存储器数据的读出的系统控制器；配置系统以及缓存与外部交互数据的接口寄存器；以及至少与外部进行所述补丁程序的通信的接口。

进一步，所述的激光雷达接收数据处理系统还包括一次性可编程存储器，存储系统校正数据。

进一步，所述处理单元还进行所述一次性可编程存储器的读写以及与所述外部的数据交互。

进一步，所述处理单元是微处理单元或中央处理单元。

进一步，所述的激光雷达接收数据处理系统还包括数字信号处理单元，协助所述处理单元处理来自测距逻辑核的数据。

进一步，所述静态随机存取存储器还存储数字信号处理单元运算数据。

进一步，所述数字信号处理单元能够高效地对所述测量数据进行平滑处理以及对所述测量数据进行合并处理。

进一步，所述测距逻辑还对所述测量数据进行压缩。

进一步，所述的激光雷达接收数据处理系统，还包括协助所述处理单元处理来自测距逻辑核的数据的数字信号处理单元，其特征在于，所述处理单元将所述系统校正数据写入所述一次性可编程存储器并在系统引导阶段加载校正所述数据至预设配置寄存器；其次，所述处理单元通过调用所述数字信号处理单元高效地对所述测量数据进行预设算法处理；最后，所述处理单元将计算结果飞行时间、接收光强信息、环境光强信息写入相应缓存寄存器并产生相应中断。

进一步，所述测距逻辑生成预设时序至模拟端同时对来自时间至数字转换器的数据进行直方图统计，从而实现了对来自所述时间至数字转换器的数据进行压缩，有效地降低后续算法的计算量。

进一步，所述系统控制器能够从所述接口加载所述补丁程序至用于存储所述补丁程序的所述静态随机存取存储器同时能够将所述静态随机存取存储器的数据从所述接口输出至外部，从而可以通过所述接口读出直方图和进行解错。

进一步，所述接口是I2C接口。

为了实现上述目的，本发明另提供一种用于飞行时间测距芯片的数据处理方法，其包含以下步骤：系统上电复位；如果存在补丁程序，则系统控制器通过接口下载补丁程序至用于存储所述补丁程序的静态随机存取存储器；释放处理单元复位；系统初始化，从一次性可编程存储器读取校正数据并加载至预设寄存器；所述系统进入待命模式；收到测距指令，所述处理单元唤醒测距逻辑，开始测距；所述测距逻辑生成相应测距时序并输出至模拟侧，同时开始读取时间至数字转换器数据进行直方图统计；测距完成，所述处理单元调用数字信号处理单元对所述直方图进行处理；所述数字信号处理单元完成对所述直方图的处理并将结果回写至静态随机存取存储器；所述处理单元对所述数字信号处理单元处理后的数据进行后续的处理并计算出飞行时间、接收光强以及环境光强；所述处理单元将计算结果写入缓存寄存器并产生相应中断信号；完成测距，所述系统进入待命模式。

本发明的技术方案通过采用处理单元加上系统控制器及接口等的架构设计，在保证满足系统性能需求下使系统能够通过软件升级的方式来满足新的功能需求。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明一种用于飞行时间测距芯片的数据处理系统的框架图；

图2为本发明与含有光侦测器的模拟部分连接的一种用于飞行时间测距芯片的数据处理系统的框架图；

图3为本发明一种用于飞行时间测距芯片的数据处理方法的流程图；

图4a为以本发明与含有光侦测器的模拟部分连接的框架图解释本发明一种用于飞行时间测距芯片的数据处理方法的流程图；

图4b为以本发明与含有光侦测器的模拟部分连接的框架图解释本发明一种用于飞行时间测距芯片的数据处理方法的流程图；

图5为本发明实现静态随机存取存储器数据的读出的方式的示意框架图。

附图标记说明

1 用于飞行时间测距芯片的数据处理系统；

1a 处理模块；

10 测距逻辑；

101 测距时序控制器；

101a 直方图；

11 处理单元；

12 只读存储器；

13 静态随机存取存储器；

14 随机存取存储器控制器；

15 系统控制器；

16 接口寄存器；

17 接口；

18 一次性可编程存储器；

19 数字信号处理单元；

2 模拟部分；

21 光侦测器；

22 时间至数字转换器；

S300至S311 步骤。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的组件或具有相同或类似功能的组件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本说明书的描述中，参考术语「一个实施例」、「一些实施例」、 「示例」、「具体示例」、或「一些示例」等的描述意指结合所述的实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

请参考图1，其为本发明一种用于飞行时间测距芯片的数据处理系统1的数字部分的框架图，其包括测距逻辑(Ranging Core)10、处理单元11、只读存储器(ROM)12、静态随机存取存储器(SRAM)13、随机存取存储器控制器(RAM Controller)14、系统控制器(SystemController)15、接口寄存器(Register File)16及接口17。

如上所述的测距逻辑10可获取测量数据，例如但不限于由光侦侧器传来的接收光强信息、环境光强信息等及/或激光的发射状况信息等的数据。另外，所述测距逻辑10还可对所述测量数据进行压缩。

如上所述的处理单元11可处理来自所述测距逻辑10的数据。即接收光强信息、环境光强信息等及/或激光的发射状况信息等的数据。另外，举例来说但不限于可实施匹配滤波器及峰值侦测处理以及时地识别传回信号。另外，所述处理单元11可实现某些信号处理技术，诸如多分布匹配滤波，以帮助恢复受可由于光侦侧器饱和及中止而发生的脉冲形状失真影响较小的光子时间数列。预设而言，所述处理单元11可为微处理单元或中央处理单元。而所述处理单元11可与所述测距逻辑10直接连接及/或间接连接，例如但不限于经由随机存取存储器控制器14。

如上所述的只读存储器12可存储供所述处理单元11进行的主程序，以至少处理来自所述测距逻辑10的数据。所述处理单元11可与所述只读存储器12直接连接及/或间接连接，且所述只读存储器12可为可程序只读存储器（Programmable ROM，PROM）、可抹除可编程只读存储器（Erasable Programmable Read Only Memory，EPROM）、电子抹除式可复写只读存储器（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory，EEPROM）、闪存（Flashmemory）或其至少二者的组合。

如上所述的静态随机存取存储器13可至少存储所述测量数据、所述处理单元的运算数据以及补丁程序。所述补丁程序可至少修补及/或更新供所述处理单元11进行的主程序或辅助程序。所述处理单元11可与所述静态随机存取存储器13直接连接及/或间接连接，且所述静态随机存取存储器13可为非挥发性SRAM（Non-volatile SRAM，nvSRAM）、异步SRAM（Asynchronous SRAM）、同步突发SRAM（synchronous-burst SRAM，syncBurst SRAM）、二进制SRAM、三进位计算器SRAM等或其至少二者的组合。另外，所述静态随机存取存储器13可累积连续时间区间中的侦测到光子的计数，且此等时间区间连在一起可用以重建反射光脉冲的时间数列(即，光子的计数对时间)。聚集的光子计数的此时间数列在本文中被称作强度直方图(或仅称作直方图)。

预设而言，如上所述的所述处理单元11所述只读存储器12及所述静态随机存取存储器13可成为一处理模块1a。

如上所述的随机存取存储器控制器14可控制所述静态随机存取存储器13的读写，且所述随机存取存储器控制器14可至少与所述静态随机存取存储器13或所述处理模块1a、所述测距逻辑10及所述系统控制器15直接连接及/或间接连接。

如上所述的系统控制器15可加载所述补丁程序至所述静态随机存取存储器13以及实现静态随机存取存储器数据的读出。而接口寄存器16可配置系统以及缓存与外部交互数据。另接口17可至少与外部进行所述补丁程序的通信，举例但不限定而言，接口17可由通用串行总线(USB)及/或由传输单元经由有线及/或无线连接网络至少进行所述补丁程序的通信。所述接口寄存器16可至少与所述接口17、所述系统控制器15、所述所述测距逻辑10、以及所述静态随机存取存储器13或所述处理模块1a直接连接及/或间接连接。预设而言，所述接口17可为I2C接口。

本发明一种用于飞行时间测距芯片的数据处理系统1的数字部分可还包括存储系统校正数据的一次性可编程存储器（One Time Programmable Read Only Memory，OTPROM）18。而所述处理单元11可还进行所述一次性可编程存储器18的读写以及与所述外部的数据交互。所述一次性可编程存储器18可至少与所述处理单元11或所述处理模块1a直接连接及/或间接连接。

本发明一种用于飞行时间测距芯片的数据处理系统1的数字部分可还包括协助所述处理单元11处理来自测距逻辑的数据的数字信号处理单元(digital signalprocessor，DSP)19，其能够高效地对所述测量数据进行平滑处理以及对所述测量数据进行合并处理，另外，例如但不限于所述数字信号处理单元19可以匹配滤波器及/或内插滤波器协助所述处理单元11处理来自测距逻辑的数据。再者，所述静态随机存取存储器13还存储数字信号处理单元运算数据。所述数字信号处理单元19可至少与所述静态随机存取存储器13、所述处理单元11或所述处理模块1a直接连接及/或间接连接，且所述数字信号处理单元19可另外与所述随机存取存储器控制器14直接连接及/或间接连接。

所述数字信号处理单元19协助所述处理单元11处理来自测距逻辑的数据的一种方式可为；所述处理单元11将所述系统校正数据写入所述一次性可编程存储器18并在系统引导阶段加载校正所述数据至预设配置寄存器；其次，所述处理单元11通过调用所述数字信号处理单元19高效地对所述测量数据进行预设算法处理；最后，所述处理单元11将计算结果飞行时间(Time of Flight, TOF)、接收光强信息、环境光强信息写入相应缓存寄存器并产生相应中断。

所述系统控制器15加载所述补丁程序至所述静态随机存取存储器13以及实现静态随机存取存储器数据的读出的一种方式可为；所述系统控制器15能够从所述接口17加载所述补丁程序至用于存储所述补丁程序的所述静态随机存取存储器13同时能够将所述静态随机存取存储器13的数据从所述接口17输出至外部，从而可以通过所述接口17读出直方图和进行解错。举例而言，直方图可储存在一或多个侦测间隔中的每一者中的一预设时间区间期间被激发的光侦测器的光子数目的计数器。

请参考图2，其为本发明与含有光侦测器的模拟部分连接的框架图。在图2中模拟部分2包含光侦测器21及时间至数字转换器(TDC)22，而所述光侦测器21可为单光子雪崩二极管(SPAD)或为其它合适种类的光侦测器。

所述光侦测器21可连接所述时间至数字转换器22，且所述时间至数字转换器22可连接所述测距逻辑10。如图4a至4b所示，所述测距逻辑10可由测距时序控制器101产生所述直方图101a。因此，所述测距逻辑10可生成预设时序至模拟端同时对来自所述时间至数字转换器22的数据进行直方图统计，从而实现了对来自所述时间至数字转换器22的数据进行压缩，有效地降低后续算法的计算量。

值得注意的是，所述连接可为电性连接及/或光学连接等可传递讯号、数据及/或指令的连接方式。

图4a至4b为以本发明含有光侦测器的模拟部分的一种用于飞行时间测距芯片的数据处理系统的框架图解释本发明一种用于飞行时间测距芯片的数据处理方法的流程图。

请参考图3，其为本发明一种用于飞行时间测距芯片的数据处理方法的流程图，包含步骤S300至步骤S311。在步骤S300，系统上电复位。在步骤S301，如果存在补丁程序，则系统控制器通过接口下载所述补丁程序至用于存储所述补丁程序的静态随机存取存储器。在步骤S302，释放处理单元复位。以上图示于图4a。

在步骤S303，系统初始化，从一次性可编程存储器读取校正数据并加载至预设寄存器，例如接口寄存器。在步骤S304，所述系统进入待命模式。在步骤S305，收到测距指令，所述处理单元唤醒测距逻辑，开始测距。在步骤S306，所述测距逻辑生成相应测距时序并输出至模拟侧，同时开始读取时间至数字转换器数据进行直方图统计。在步骤S307，测距完成，所述处理单元调用数字信号处理单元对所述直方图进行处理。在步骤S308，所述数字信号处理单元完成对所述直方图的处理并将结果回写至静态随机存取存储器。在步骤S309，所述处理单元对所述数字信号处理单元处理后的数据进行后续的处理并计算出飞行时间、接收光强以及环境光强。在步骤S310，所述处理单元将计算结果写入缓存寄存器并产生相应中断信号，所述缓存可例如为所述处理单元的缓存(Catch)。在步骤S311，完成测距，所述系统进入待命模式。以上图示于图4b。

图5则为实现静态随机存取存储器数据的读出的方式的示意框架图，也就是所述系统控制器能够将所述静态随机存取存储器的数据通过所述随机存取存储器控制器而从所述接口输出至外部，从而可通过所述接口读出直方图和进行解错。

本发明一种用于飞行时间测距芯片的数据处理方法的其它详细内容如上所述，不再赘述。

本发明能藉由采用通用的芯片组件而避免传统采用专用集成电路（ASIC）灵活性差且不易更新而产生的开发周期长，成本高等问题，且能以使系统能够通过软件升级的方式来满足新的功能需求。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (15)

1.一种用于飞行时间测距芯片的数据处理系统，其包含：

测距逻辑，获取测量数据；

处理单元，处理来自所述测距逻辑的数据；

只读存储器，存储供所述处理单元进行的主程序；

静态随机存取存储器，存储所述测量数据、所述处理单元的运算数据以及补丁程序，其为至少修补、更新或其二者而供所述处理单元进行的主程序或辅助程序；

随机存取存储器控制器，控制所述静态随机存取存储器的读写；

系统控制器，加载所述补丁程序至所述静态随机存取存储器以及实现静态随机存取存储器数据的读出；

接口寄存器，配置系统以及缓存与外部交互数据；以及

接口，至少与外部进行所述补丁程序的通信。

2.根据权利要求1所述的用于飞行时间测距芯片的数据处理系统，还包括一次性可编程存储器，存储系统校正数据。

3.根据权利要求2所述的用于飞行时间测距芯片的数据处理系统，其特征在于，所述处理单元还进行所述一次性可编程存储器的读写以及与所述外部的数据交互。

4.根据权利要求1所述的用于飞行时间测距芯片的数据处理系统，其特征在于，所述处理单元是微处理单元或中央处理单元。

5.根据权利要求1所述的用于飞行时间测距芯片的数据处理系统，还包括数字信号处理单元，协助所述处理单元处理来自测距逻辑的数据。

6.根据权利要求5所述的用于飞行时间测距芯片的数据处理系统，其特征在于，所述静态随机存取存储器还存储数字信号处理单元运算数据。

7.根据权利要求5所述的用于飞行时间测距芯片的数据处理系统，其特征在于，所述数字信号处理单元能够对所述测量数据进行平滑处理以及对所述测量数据进行合并处理。

8.根据权利要求1所述的用于飞行时间测距芯片的数据处理系统，其特征在于，所述测距逻辑还对所述测量数据进行压缩。

9.根据权利要求2所述的用于飞行时间测距芯片的数据处理系统，还包括协助所述处理单元处理来自测距逻辑核的数据的数字信号处理单元，其特征在于，所述处理单元将所述系统校正数据写入所述一次性可编程存储器并在系统引导阶段加载校正所述数据至预设配置寄存器；其次，所述处理单元通过调用所述数字信号处理单元对所述测量数据进行预设算法处理；最后，所述处理单元将计算结果飞行时间、接收光强信息、环境光强信息写入相应缓存寄存器并产生相应中断。

10.根据权利要求1所述的用于飞行时间测距芯片的数据处理系统，其特征在于，所述测距逻辑生成预设时序至模拟端同时对来自时间至数字转换器的数据进行直方图统计，从而实现了对来自所述时间至数字转换器的数据进行压缩。

11.根据权利要求1所述的用于飞行时间测距芯片的数据处理系统，其特征在于，所述系统控制器能够从所述接口加载所述补丁程序至用于存储所述补丁程序的所述静态随机存取存储器同时能够将所述静态随机存取存储器的数据从所述接口输出至外部，从而通过所述接口读出直方图和进行解错。

12.根据权利要求1所述的用于飞行时间测距芯片的数据处理系统，其特征在于，所述接口是I2C接口。

13.一种用于飞行时间测距芯片的数据处理方法，其包含：

系统上电复位；

如果存在补丁程序，则系统控制器通过接口下载补丁程序至用于存储所述补丁程序的静态随机存取存储器；

释放处理单元复位；

系统初始化，从一次性可编程存储器读取校正数据并加载至预设寄存器；

所述系统进入待命模式；

收到测距指令，所述处理单元唤醒测距逻辑，开始测距；

所述测距逻辑生成相应测距时序并输出至模拟侧，同时开始读取时间至数字转换器数据进行直方图统计；

测距完成，所述处理单元调用数字信号处理单元对所述直方图进行处理；

所述数字信号处理单元完成对所述直方图的处理并将结果回写至静态随机存取存储器；

所述处理单元对所述数字信号处理单元处理后的数据进行后续的处理并计算出飞行时间、接收光强以及环境光强；

所述处理单元将计算结果写入缓存寄存器并产生相应中断信号；

完成测距，所述系统进入待命模式。

14.根据权利要求13所述的用于飞行时间测距芯片的数据处理方法，其特征在于，所述处理单元是微处理单元或中央处理单元。

15.根据权利要求13所述的用于飞行时间测距芯片的数据处理方法，其特征在于，所述接口是I2C接口。

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