嵌入式视觉技术--潜力巨大,有待开发
多处理器解决方案相比,这降低了系统的复杂度。而且,大部分视觉算法一开始是在PC上开发的,使用了通用CPU及其相关的软件开发工具。PC CPU和嵌入式CPU (及其相关的工具)之间的相似性意味着,与其他类型的嵌入式视觉处理器相比,一般比较容易在嵌入式CPU上通过嵌入方式实现视觉算法。最后,嵌入式CPU 使用起来通常比其他类型的嵌入式视觉处理器更简单,这是因为其相对直观的体系结构、成熟的工具以及其他的应用开发基础支持平台等,例如,操作系统。
结合了CPU的ASSP
ASSP 是专用、集成度很高的芯片,定制用于特殊应用或者专业应用。ASSP可以采用CPU,或者使用单独的CPU芯片。凭借专业化,与其他类型的处理解决方案相比,ASSP通常具有优异的成本和能效。在其他技术中,ASSP通过使用专用协处理器和加速器来提高效率。而且,由于ASSP主要集中在专业应用上,因此,通常需要大量的应用软件。
这种专业化使得ASSP能够实现很高的效率,但是,也带来了很大的局限:缺乏灵活性。设计用于某一应用的 ASSP一般不能用于其他应用,甚至目标应用相关的应用。ASSP使用唯一的体系结构,与其他类型的处理器相比,更难进行编程。实际上,某些ASSP并不支持用户编程。另一方面的考虑是风险问题。ASSP通常由小供应商提供,这可能会增加难以提供芯片的风险,或者无法提供后续产品以帮助系统设计人员更新其设计,设计人员不得不从头开始进行设计。
具有CPU的GPU
GPU主要是用于3D图形,并且越来越多的用于实现其他功能,例如,视觉应用等。目前,个人计算机的GPU倾向于可编程,除了3D图形还能完成其他功能。这类GPU被称为"通用GPU",或者"GPGPU"。 GPU有很强的并行处理能力。它们在个人计算机上是独一无二的。可以免费使用GPU软件开发工具,从GPGPU开始进行编程并不是很复杂。出于这些原因,在PC上第一次开发其计算机视觉算法的开发人员通常采用GPU作为并行处理引擎,他们出于仿真或者原型开发的目的,需要加速算法的执行。
GPU 紧密集成了通用CPU,有时候是在同一芯片上。然而,GPU芯片的一种局限是目前能够集成的CPU类型有限,而且支持这类集成的CPU操作系统也很有限。目前,可以提供设计用于智能电话和平板电脑等产品的低成本、低功耗GPU。但是,这些GPU一般不是GPGPU,因此,除了3D图形之外,将其用在其他应用中有很大的难度。
具有加速器以及CPU的数字信号处理器
数字信号处理器是专门用于信号处理算法和应用的微处理器。对于视觉应用核心的信号处理等任务,这种专业化使得数字信号处理器的效率要远远高于通用CPU。而且,与其他类型的并行处理器相比,数字信号处理器相对比较成熟,使用起来更方便。
但是,虽然数字信号处理器在视觉算法上的性能和效率要高于通用CPU,但仍然难以提供足够的性能来满足算法要求。出于这一原因,DSP一般需要一个或者多个辅助协处理器。因此,视觉应用中一个典型的DSP芯片包括了CPU、数字信号处理器以及多个协处理器。这种异质结合能够产生很好的性能和很高的效率,但也难以编程。实际上,DSP供应商一般不支持用户对协处理器进行编程;而是让协处理器运行芯片供应商开发的软件函数库。
移动"应用处理器"
移动"应用处理器"是集成度非常高的芯片系统,一般主要设计用于智能电话,而不是其他应用。应用处理器通常包括高性能CPU内核,以及各种特殊的协处理器,例如,数字信号处理器、GPU、视频处理单元(VPU)、2D图形处理器,以及图像采集处理器等。
这些芯片专门针对电池供电应用进行了设计,因此,能效非常高。而且,由于围绕智能电话和平板电脑的应用越来越重要,因此,移动应用处理器一般有很强的软件开发基础支持平台,包括,低成本开发电路板、Linux和Android端口等。然而,正如前面章节对数字信号处理器的讨论,应用处理器中的专用协处理器一般不是用户可编程的,限制了它们在视觉应用中的发展。
具有CPU的FPGA
FPGA是灵活的逻辑芯片,可以在门级和模块级进行重新配置。这一灵活性使得用户能够随时实现定制满足应用需求的计算结构。它还支持选择满足应用需求的I/O接口和片内外设。能够定制计算结构,结合现代FPGA中大量的资源,同时实现了高性能和良好的性价比和能效比。
但是,使用FGPA实际上是硬件设计功能,而不是软件开发工作。一般在寄存器传送级(RTL)使用硬件描述语言(Verilog或者VHLD)来进行 FPGA设计,寄存器传送级是很低的抽象级。与使用本文讨论的其他类型的处理器相比,这使得FPGA设计非常耗时,成本也高。
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