用于辅助驾驶系统的可编程平台的开发和应用

安全性是汽车消费者最关心的问题了。图1给出了Visteon进行的一项研究结果，图中显示出客户对汽车的要求，而车辆安全性位于核心。对于汽车安全性的关注不仅仅是为了司机和乘客，还有道路上的其他人。安全设备已经从物理领域转向电子领域，从轮胎和刹车技术的进步，到侧撞保护和安全气囊，直到今天的辅助驾驶系统。最新的汽车采用了大量的电子技术和传感器，不断监测和评估周围的环境、为司机显示相关信息，并且在某些情况下，甚至接管车辆的控制。在提高汽车安全性、舒适性和驾驶效率方面，这些电子系统起着重要的作用。

辅助驾驶系统可提供基本的安全功能，如增加红外（IR）相机来提高观察能力。更为先进的设计还可利用范围广泛的传感器来提醒潜在的危险情况，从而使车辆可意识到周围的交通情况、车道和行驶方向以及可能的碰撞目标。最终的目标是车辆能够自动对这种信息做出反应，为司机提供信息以及特殊情况下的车辆控制能力，从而可保证乘客的安全。例如，有些最新的卡车中安装了视频摄像机来监视前面的道路情况。如果车辆在没有使用指示灯的情况下改变行驶路径，比如可能是由于司机太疲劳了，那么系统就会通过车内的扬声器给出声音告警。

通过消除繁琐的驾驶动作，辅助驾驶还可提供更高的舒适水平。例如，传统的巡航控制允许司机设定一个固定的行驶速度，同时在需要时可手动控制。而现在的汽车则提供自动巡航控制（ACC）功能，可以自动控制油门和刹车来适应前面车辆的速度，从而与其保持安全距离。如果前面的车辆加速开走或改变行驶路径，ACC会自动返回传统巡航控制的预设速度。



辅助驾驶系统还有希望利用所谓的“电子牵引装置”来提高交通效率。例如，车队的领头卡车由司机手动驾驶，但后随的卡车则自动驾驶。除了减轻司机的许多负担以外，卡车间的距离也可大大缩短，因为电子响应速度更为迅速。这样不仅可节约完整的道路面积空间，而且由于前面车辆的后向气流的影响，还要节约燃料。

另一种新兴的安全技术称为“被动式乘员识别系统”。美国政府要求从2006年开始的所有新款汽车都必须能够根据乘员的体型来打开气囊。此类系统使得保护气囊能够“智能”打开或收缩。这种基于乘员体重的系统将可帮助汽车制造商满足最近公布的《美国联邦车辆标准安全法规》FMVSS-208的要求。该法规要求气囊必须能够针对不同乘员的体重更为有效地打开。从2004年开始，每家汽车制造商在美国销售的车辆中有35%必须装备先进的气囊系统，这一数字到2006 年将提高到接近100%。较为简单的系统采用安装在乘员座垫下的体重传感器技术来实现。高级乘员识别算法和快速信号处理使汽车气囊控制器可根据不同的情况来打开或收缩乘员气囊，从而可大大提高乘员安全性并降低修理成本。更为高级的系统则采用安装在车内的相机来检测和识别乘员，同时在算法上考虑到乘员调试及离气囊的距离来判断事故发生时气囊打开的时间、速度和程度。

Xilinx FPGA在辅助驾驶系统中的应用

图2给出了赛灵思现场可编程门阵列（FPGA）应用于ACC辅助驾驶系统的一个概念性框图。



系统划分为超高速输入处理和相对低速的传感器输入和输出控制信息，每个部分都在相应处理器（例如，一个Xilinx MicroBlaze 32嵌入式软内核处理器或者Virtex-II Pro FPGA中嵌入的IBM PowerPC）的控制之下。高速部分专用于对安装在车辆前面的视频摄像信息进行实时处理。由于应用（防碰撞、紧急处理和告警）本身的特点，实时处理绝对是非常关键的。通常需要两个或更多相机来获得立体图像，这样就可以在FPGA中计算出图像的深度（直接与前面物体的实际距离相关）。结合雷达和激光测量，以及来自陀螺仪和车轮传感器的运动检测信息，可以相当准确地计算出车辆周围的情况和行驶路线。利用完全灵活的FPGA来代替成品视频组件，设备制造商可容易地开发出区别于竞争厂商系统性能的、独特的、优化的边缘检测、图像深度和增强算法。实时捕捉并处理这些信息需要使用计算密集的数字信号处理（DSP）算法。然而，软件处理无法满足性能要求；尽管传统DSP处理器也是一种选择，但通常需要多片器件才能完成如此高速的任务。甚至ASSP视频处理器也无法与 Xilinx FPGA（也称为XtremeDSP处理）的极高速DSP性能相比。在视频处理完以后，决策树机制可以划分为针对紧急算法（如紧急的防碰撞过程）的硬件部分，以及用于行驶路径偏差等的声音告警的处理器软件部分。将速度关键的处理过程划分到FPGA硬件中还可以对实时速度进行测试，而这对于软件是不可能的。



XtremeDSP