運用 Zynq UltraScale+ MPSoC 系統模組於光達

(圖片來源：iWave Systems)

光達 (LiDAR) 已成為許多科學和軍事應用的重要遙感技術。光達可提供 3D 結構的高解析度和精確量測，輕鬆將接收到的資料轉換為 3D 地圖以解譯周圍環境，即使在具有挑戰性的天氣和照明條件下也不會受到影響。

Zynq UltraScale+ MPSoC 的適應性可支援光達技術

Zynq UltraScale+ MPSoC 元件支援自適應 SoC 架構的產品設計，讓光達應用的實作充滿前景。將處理器和 FPGA 架構整合到單一裝置，可為任何特定領域快速部署靈活且最佳化解決方案。

FPGA 的可編程性提供極大的產品開發客製化靈活性。此外，FPGA 也可透過多層並行加快處理速度。

Zynq UltraScale+ MPSoC 系列 將即時控制與用於圖形、視訊、波形、封包處理的軟硬引擎相結合。因此，MPSoC 裝置強大且靈活，足以為光達感測器提供進階能力：訊號處理、點雲預處理、點雲機器學習加速。此外，Zynq MPSoC 裝置以高能效著稱，這是光達效能的關鍵。

使用 SoM 方式打造光達產品的原因

使用系統模組方式打造光達產品可以減低設計週期中涉及的複雜性，帶來顯著優勢。產品設計人員可以消除設計中複雜的硬體，專注於開發韌體和軟體堆疊。如此，便能顯著加速產品上市時間，同時降低產品開發成本。

此外，可在不改變載卡設計的情況下，轉用至更高運算能力的系統模組，為設計人員提供強大的可擴展性和靈活性。

適用於光達的 Zynq MPSoC 系統模組特點

Zynq UltraScale+ MPSoC SoM 採用異構 Arm® + FPGA 架構，提供處理系統 (PS) 和可編程邏輯 (PL) 的強大組合。

• 處理系統包含一個運作頻率高達 1.5 GHz 的四核心 Arm Cortex®-A53 處理器和一個配備運作頻率高達 600 MHz 的 Arm Cortex-R5 處理器的即時處理單元
• 可編程邏輯採用 16 nm UltraScale+ 架構，包含高達 504 K 的可配置邏輯塊、Block RAM 和 DSP 元件 

圖 1：Zynq UltraScale+ MPSoC SoM。(圖片來源：iWave Systems)

其他優點包括：

• 任意對任意介接
• 設計工具鏈
• 影像處理能力
• 加速神經網絡
• 安全和保全功能

任意對任意介接

感測器介接和處理需相容於不同介面標準，這是一項重大的挑戰。典型的解決方案應該能夠支援 MIPI、JESD204B、LVDS、GigE 等高速介面，以支援攝影機、雷達和光達等高帶寬感測器。感測器也需要與使用 CAN、SPI、I2C、UART 等標準的加速度計低帶寬感測器介面進行介接和處理。

Zynq UltraScale+ MPSoC 處理系統 和可編程邏輯支援各種產業標準介面，例如 CAN、SPI、I2C、UART、GigE。可編程邏輯 I/O 的靈活性可介接 MIPI、LVDS 和 GigaBit 序列鏈路，允許在可編程邏輯內實作更高等級的協定。

藉由在硬體設計中提供正確的實體層，可編程邏輯可以實作任何介面，提供任意對任意介接。

設計工具鏈

Zynq UltraScale+ 裝置隨附 Vivado 設計套件，用於配置處理系統和可編程邏輯設計。Vivado 提供完整的可編程邏輯開發體驗，包括對合成、佈局佈線、模擬的支援。

Vitis 用於開發軟體解決方案。Vitis 支援使用 PetaLinux 和 FreeRTOS 等即時作業系統進行嵌入式 Linux 開發。

除了系統開發功能之外，Vitis 還支援使用 OpenCL 在可編程邏輯中進行核心加速。

影像處理能力

影像處理在進行導航和監控的光達應用中非常重要。一般而言，這些系統使用的演算法在 OpenCV 等高階框架中建立和建模。

Zynq UltraScale+ MPSoC EV 系列包含一個 H.264/H.265 視訊編解碼器單元，以支援影像處理。

加速神經網絡

除了影像處理，機器學習是開發自動化應用的關鍵技術。機器學習有助於分類或觀察高速公路上的物體及監測乘客。

為此，Viti AI 提供 Model Zoo、AI 編譯器、優化器、量化器、分析器，將應用部署到深度學習處理單元上。

安全和保全功能

採用先進加密標準 (AES) 保護 Xilinx 元件的配置。

Zynq UltraScale+ MPSoC 裝置透過處理系統內的配置安全單元 (CSU) 進一步實作分層安全解決方案。配置安全單元支援 AES 256-GCM、4096 RSA 乘法器、SHA-384，提供機密性、身份驗證和完整功能。

透過內建系統監視器的防篡改響應，客戶能夠追蹤系統模組的元件電壓和晶片溫度。

iWave Zynq MPSoC SoM 的可擴展性

iWave 為 Zynq UltraScale+ MPSoC 系列提供豐富的系統模組組合，從 ZU4 到 ZU19 變款。這些模組運用於各種產業，包括高階工業、軍事、國防。

這些系統模組在邏輯密度、I/O 可用性、收發器通道數量、高速 DDR 設計方面，為最終應用提供出色的可擴展性。因此，經設計的載板可以涵蓋多個 I/O 埠，適用於各種最終產品，從具有 192K 邏輯單元的 ZU4 到具有多達 110 萬邏輯單元的 ZU19。