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异构多核处理器满足自主设备的安全要求

时间:2019-06-19 12:50 来源:未知 作者:admin

  自主设备的呈现可能是本十年最令人等候的成长之一。它次要是以车辆的形式进行摸索,能够展现某种程度的主动驾驶;市场上曾经呈现了能够与无限驾驶员协助并行停放的汽车,而谷歌的主动驾驶汽车项目在美国累积了跨越150万自治里程。

  然而,自主设备有多种外形。希思罗机场的5号航站楼泊车场“吊舱”是主动驾驶车辆,能够将乘客从他们的汽车运送到候机室,虽然在划定的路径上行驶而且没有其他道路利用者的障碍。现去世界上有很多无人驾驶轻轨的例子。除了大规模运输之外,无人机变得愈加自主,需要从操作员那里间接输入更少的工具来悬停,改变高度或标的目的;这里的潜在趋向是无人机变得完全自主,将货色从A点运输到B点而没有任何间接的报酬节制。

  实现这种自治程度的大部门手艺仍在开辟中,这项律例将答应其大规模推广。

  没什么新工具?

  在良多方面,嵌入式设备老是主动运转;分歧的是,他们也根基上是静止的。然而,用于开辟嵌入式使用法式,出格是嵌入式软件的实践反映了嵌入式设备的性质。它们(凡是)具有以施行特定功能而且具有可预测的前提,在这些前提下它们必需具有可清晰识此外刺激。开辟高质量嵌入式使用法式的“艺术”是设备处置不成识此外刺激或不成预测的前提的体例。

  在大大都环境下,软件将包含一种强无力的逻辑体例来无效地忽略所有那些不间接影响其次要功能的前提。若是设备是打印机那就不妨,若是设备可以或许按照本人的志愿挪动,那就不太好了。恰是这一环节差别定义了开辟人员在设想自主设备时面对的次要挑战。忽略与次要功能无关的前提或刺激是不成接管的,由于次要功能将无法在不成预测性是次要输入的世界中靠得住和平安地导航。

  美国国度公路交通平安办理局(NHTSA)利用五个级此外主动化,明白区分驾驶员辅助系统和主动驾驶系统。在0级操作的系统没有表示出汽车(转向,制动,加快器)的次要平安功能的主动化,因而包罗当今的大大都驾驶员辅助系统,例如车道偏离或碰撞检测警告。这些定义最终达到了第4级:完全主动驾驶主动化,此中包罗无人驾驶车辆。

  当然,不异的定义不必然合用于不筹算运送人员的自主设备;可是在开辟可以或许对系统未必先前描述的前提做出恰当反映的系统方面具有同样的挑战。

  当局和行业充实认识到自主设备的潜力。在英国,机械人和自治系统(RAS)出格乐趣小组(RAS-SIG)成立于2013年,目标是领会RAS在英国的景观和机缘。它曾经确定了良多,包罗RAS东西:可以或许在与情况和人员互动的同时挪动本人和其他工具,并规划他们的动作和步履的东西。

  如许的系统将愈加“可预测”运转情况比其他形式的主动驾驶汽车,旨在挪动城市和农村地域的货色和乘客。在这种环境下,设备需要的不只仅是前视雷达,以避免碰撞;他们将依托系统的方式来毗连主动道路车辆,使他们可以或许共享消息,以至彼此进修。新兴的车辆到车辆(V2V)和车辆到根本设备(V2X)通信系统旨在供给这种级此外毗连,这是在任何驾驶前提下连结所有道路利用者平安所必需的。

  收集和处置此级别消息所需的智能曾经可用,而且能够在多核设备和片上系统(SoC)中找到。此中一些设备特地针对汽车市场和ADAS(高级驾驶员辅助系统),但更多设备用于更普遍的使用范畴。

  这些设备将高吞吐量数据处置能力与现实相连系单个设备中的时间节制功能。多个处置内核的紧稠密成答应子系统之间更快的数据互换,同时独立工作以连结平安性和平安性要求。凡是,这些设备还将集成公用于特定使用的外围设备,例如传感器接口。当然,传感器将在自主设备中阐扬环节感化,并将包罗摄像机以及其他类型的传感器手艺,例如红外线和各类形式的光传感器,用于检测路径,妨碍物和接近度。超声波和雷达也正在开辟时考虑到自主设备。

  像VF6xx(恩智浦Vybrid系列的一部门)如许的异构多核设备连系了分歧但互补的处置子系统,以及模仿和数字外设,使其合用于很多使用。对于VF6xx,有两个内核:具有DSP功能的ARM®Cortex®-M4和ARM Cortex-A5。虽然可以或许利用收集互连(NIC)系统(形成Vybrid系列中设备的“主干”)来互换数据,但这两个内核旨在独立运转,并在需要时运转分歧的操作系统。图1显示了VF6xx的框图。

  图1:恩智浦的Vybrid VF6xx具有两个ARM内核,可供给及时节制和高程度的数据处置

  例如,Cortex-A5内核能够施行Linux刊行版和使用法式代码,而Cortex-M4内核能够运转及时操作系统(RTOS)来实现节制功能。虽然不是专为自主设备开辟的,可是在单个设备中的这种分手程度可用于在必需处置来自多个源的大量数据的设备中实现低成本,高效的节制系统,同时连结及时节制电机和施行器。

  延迟是及时系统的次要要素,因而需要RTOS。因为所无数据传输必需通过VF6xx中的NIC,因而它旨在最大程度地削减延迟。它还维护总线主控器(内核和DMA)与从器件(外设和存储器)之间的关系。主设备和从设备之间的任何数据传输城市发生延迟,因而系统级架构是设想基于多核SoC的系统的一个主要方面。

  虽然VF6xx具有多个内存,能够通过NIC拜候两个内核,Cortex-M4还有本人的紧耦合存储器(TCM),这是一个利用当地存储器节制器间接毗连到焦点的尺度SRAM。因而,内核能够在一个周期内拜候TCM,使其成为及时节制的抱负选择。

  高分辩率节制

  多核设备此刻可用于各类使用法式,凡是需要将毗连性与切确和自顺应节制相连系。这是德州仪器公司的Concerto系列目前定位的处所,虽然能够想象它能够用于主动设备。

  该架构具有很多可由任一内核拜候的模仿外设。此中包罗两个12位ADC和六个10位DAC模块(每个模块都包含一个比力器)。

  处置器间通信外围设备(IPC)为两个内核供给互换数据和同步法式施行的根本布局。互换通过寄放器和软件中的简单握手进行节制。供给外部外设接口(EPI),也可由两个内核拜候,答应高速并行总线与外部外设和存储器毗连。 EPI的矫捷性意味着它能够利用尺度节制和谈以及FPGA和CPLD与大大都类型的外设接口。

  自主设备的一个次要特点是它们的挪动能力,这很有可能利用无刷直流电机(BLDCs)进行活动和“重载”,以及步进电机,能够在操作较小的物品时切确节制“手臂”和“手指”。此刻通过脉冲宽度调制(PWM)来节制BLDC的默认方式。 Concerto F28M35x具有9个PWM模块;此中八个是高分辩率。

  反馈是节制系统中的环节要素,在自主设备中同样主要。 Concerto处理这个问题的方式之一是通过加强型正交编码脉冲模块或eQEP。这旨在间接毗连到线性或扭转编码器,以收集位置,标的目的和速度数据。图2显示了扭转编码器的典型实现以及eQEP模块检测到的成果波形。

  图2:德州仪器的Concerto系列将行业尺度ARM Cortex-M3与其本人的C28xx内核连系在一路,供给合用于各类节制的多核处置器使用法式。

  自主设备,包罗无人驾驶飞翔器,下一代“智能东西”,当然还有车辆,估计将在将来几年内变得愈加遍及到了我们都熟悉他们在大大都人的糊口中的具有。在开辟任何类型的自主设备时,安满是一个次要考虑要素,国度和国际尺度将继续成长以处理这个问题。今天针对工业使用的所有高度集成的处置器将可以或许满足当今的平安要求,并使它们处于成为自治时代前锋的绝佳位置。

  虽然炒作,自主设备市场目前仍处于起步阶段,因而半导体系体例造商需要一些时间才能有足够的决心和市场洞察力来开辟公用设备来处理这个问题。与此同时,开辟人员能够依赖本文中描述的异构多核设备。

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