Systèmes sur module MPSoC Zynq UltraScale+ pour LiDAR

(Source de l'image : iWave Systems)

Le LiDAR est devenu une technologie de détection à distance importante pour de nombreuses applications scientifiques et militaires. Il fournit des mesures précises et haute résolution de structures 3D, convertit facilement les données reçues en cartes 3D pour interpréter l'environnement, et n'est pas affecté même en conditions météorologiques et d'éclairage difficiles.

Adaptabilité du MPSoC Zynq UltraScale+ pour prendre en charge la technologie LiDAR

Les dispositifs MPSoC Zynq UltraScale+ permettent une conception adaptative de produit basés SoC, ce qui est extrêmement prometteur pour la mise en œuvre d'applications LiDAR. L'intégration de l'architecture FPGA et du processeur dans un seul dispositif permet le déploiement rapide d'une solution flexible mais optimisée pour tout domaine donné.

La programmabilité des FPGA offre une grande flexibilité pour le développement de fonctions personnalisées pour le produit. De plus, les FPGA ont le potentiel d'accélérer le traitement en utilisant le parallélisme multi-niveau.

La série de MPSoC Zynq UltraScale+ combine le contrôle en temps réel avec des moteurs logiciels et matériels pour le traitement des graphiques, des vidéos, des formes d'ondes et des paquets. Les dispositifs MPSoC sont donc suffisamment puissants et flexibles pour fournir des capacités avancées aux capteurs LiDAR : traitement des signaux, pré-traitement des nuages de points et accélération de l'apprentissage automatique des nuages de points. De plus, les dispositifs MPSoC Zynq sont connus pour leur rendement énergétique, ce qui est essentiel pour les LiDAR.

Pourquoi utiliser une approche SoM pour créer des produits LiDAR ?

L'utilisation d'une approche de système sur module pour développer des produits LiDAR offre des avantages significatifs en éliminant plusieurs opérations complexes du cycle de conception. Un concepteur de produits peut se concentrer sur le développement de micrologiciels et de piles logicielles en supprimant la partie matérielle complexe de la conception. Cela permet de réduire considérablement les délais de mise sur le marché et les coûts de développement des produits.

En outre, les systèmes sur modules offrent une évolutivité et une flexibilité considérables aux concepteurs lorsqu'ils migrent vers un SoM plus puissant sans modifier la conception d'une carte porteuse.

Caractéristiques du système sur module MPSoC Zynq pour LiDAR

Le SoM MPSoC Zynq UltraScale+ est doté de l'architecture Arm® + FPGA hétérogène et fournit une combinaison robuste de système de traitement (PS) et de logique programmable (PL).

• Le système de traitement contient un processeur Arm Cortex®-A53 à quatre cœurs s'exécutant jusqu'à 1,5 GHz et une unité de traitement en temps réel équipée de processeurs Arm Cortex-R5 fonctionnant jusqu'à 600 MHz
• La logique programmable est basée sur l'architecture UltraScale+ 16 nm contenant jusqu'à 504 K éléments de blocs logiques configurables, BRAM et DSP

Figure 1 : SoM MPSoC Zynq UltraScale+. (Source de l'image : iWave Systems)

Les autres avantages incluent :

• Interfaçage complet
• Chaînes d'outils de conception
• Capacités de traitement d'image
• Réseau neuronal accéléré
• Fonctionnalités de sécurité

Interfaçage complet

La conformité aux différentes normes d'interfaçage est un défi de taille pour l'interfaçage et le traitement des capteurs. Une solution typique doit pouvoir prendre en charge des interfaces haute vitesse telles que MIPI, JESD204B, LVDS et GigE pour prendre en charge des capteurs à large bande passante tels que caméras, RADAR et LiDAR. L'interfaçage et le traitement des capteurs sont également nécessaires pour les capteurs à bande passante inférieure qui utilisent des normes telles que CAN, SPI, I2C et UART pour les accéléromètres.

Le système de traitement et la logique programmable des MPSoC Zynq UltraScale+ prennent en charge une variété d'interfaces standard de l'industrie telles que CAN, SPI, I2C, UART et GigE. La flexibilité des E/S de la logique programmable permet un interfaçage direct avec les liaisons série GigaBit, MIPI et LVDS, ce qui permet des niveaux plus élevés d'implémentation de protocoles dans la logique programmable.

En fournissant la couche PHY correcte dans la conception matérielle, la logique programmable permet l'implémentation de toute interface, offrant ainsi un interfaçage complet.

Chaînes d'outils de conception

Les dispositifs Zynq UltraScale+ sont fournis avec Vivado Design Suite pour configurer la conception PS et PL. Vivado offre une expérience de développement PL complète, y compris le support pour la synthèse, le placement et le routage, et la simulation.

Vitis entre en jeu lorsqu'il s'agit de développer des solutions logicielles. Vitis prend en charge le développement Linux embarqué à l'aide de PetaLinux et de systèmes d'exploitation en temps réel tels que FreeRTOS.

Outre les capacités de développement système, Vitis prend en charge l'accélération du noyau dans la logique programmable avec OpenCL.

Capacités de traitement d'image

Le traitement des images est essentiel dans les applications LiDAR pour la navigation et la surveillance. Généralement, les algorithmes utilisés dans ces systèmes sont créés et modélisés dans des structures de haut niveau tels qu'OpenCV.

Une unité de codec vidéo H.264/H.265 est incluse dans la série Zynq UltraScale+ MPSoC EV pour prendre en charge le traitement des images.

Réseau neuronal accéléré

Outre le traitement des images, l'apprentissage automatique est une technologie essentielle pour le développement d'applications automatisées. L'apprentissage automatique aide à classer les objets sur la route ou à observer et surveiller les occupants.

Pour ce faire, Vitis AI fournit Model Zoo, un compilateur IA, un optimiseur IA, un quantificateur IA et un profileur IA pour déployer l'application sur l'unité de traitement d'apprentissage profond.

Fonctionnalités de sécurité

La norme AES (Advanced Encryption Standard) est utilisée pour sécuriser la configuration des dispositifs Xilinx.

Les dispositifs MPSoC Zynq UltraScale+ implémentent également des solutions de sécurité en couches via l'unité de sécurité de configuration (CSU) dans le système de traitement. L'unité CSU prend en charge AES 256-GCM, le multiplicateur 4096 RSA et SHA-384, fournissant des fonctions de confidentialité, d'authentification et d'intégrité.

La réponse anti-violation via le moniteur système intégré permet au client de suivre les tensions du dispositif et les températures de la puce du SoM.

Évolutivité sur le SoM MPSoC Zynq iWave

iWave propose un portefeuille étendu de systèmes sur module pour les MPSoC Zynq UltraScale+, s'étendant des variantes ZU4 à ZU19. Ces modules sont utilisés dans une variété de secteurs, notamment l'industrie haut de gamme, l'armée et la défense.

En termes de densité logique, de disponibilité des E/S, de nombre de voies d'émetteur-récepteur et de conception DDR haute vitesse, ces systèmes sur module offrent une excellente évolutivité pour les applications finales. Ainsi, une carte porteuse conçue peut couvrir plusieurs ports E/S pour un large éventail de produits finaux, du ZU4 avec 192 K cellules logiques au ZU19 avec jusqu'à 1,1 M cellules logiques.