恩智浦高级驾驶员辅助系统(ADAS)方案及产品介绍

恩智浦音视频处理系统和77G雷达系统

上述系统中有两个最核心的部分，一个是音视频处理系统，一个是77G雷达检测系统。

在音视频处理系统中，包含了采集部分、传输部分和显示部分。第一步，由摄像头采集过来的图像信息，经过格式转换和压缩后(MPC5604E)，再通过AVB网络传送到主处理器S32V234中进行视频拼接融合，转换，然后通过视频输出端口输出到车机显示屏或者HUD系统的输入端。

系统中的两个主要芯片，MPC5604E和S32V234。MPC5604E是基于PowerPC e200架构单片机，运行Autosar的操作系统，搭载AVB的流媒体处理协议栈和以太网摄像头应用软件。芯片本身并没有ISO26262认证，但是搭载了符合功能安全的操作系统，安全系数大幅提升。在下一代Cortex-M4核汽车级单片机系列里将会有符合ISO26262认证的视频网关处理芯片，将进一步提高系统的安全性，这里不做过多介绍。

S32V234是恩智浦最新的视频处理芯片，芯片架构图如下图2：


图2：S32V234架构框图

S32V234是一个视频处理器，包含4个1GHz的CORTEX-A53处理器和一个120MHz的CORTEX-M4控制器，并且有多种专门的视频图像加速处理单元。从可靠性方面来讲，本芯片通过了ISO26262认证，达到ASIL-B级别，本系列中有其他芯片最高能到到ASIL-D级别。其集成了一些与安全安全相关的模块，例如FCCU（错误收集和控制模块）,MEMU（内存错误管理单元）,CRC（循环冗余码校验）,SSE（安全状态引擎）模块和其他一些相关功能特性，比如ECC等。同时提供功能安全相关文档，如功能安全手册，FMEDA表格和报告。软件支持方面有linux BSP软件包支持和Autosar 系统支持。同时支持AVB高清影视频传输协议，音视频传输系统完全按照AVB协议标准进行设计。

从处理器的性能和功能方面来讲，S32V234包含的4个1GHz的CORTEX-A53处理器，每个核心拥有自己独立的32K 一级 Icache和 Dcache和256K公用的二级cache。可以轻松的在各类操作系统上加载多种应用程序，网络处理能力最大带宽能到到1000M，轻松收发转换多路高清音视频。芯片包含一个Cortex-M4的控制器，拥有自己独立的cache，用于做设备的引导和各种IO外设的实时信号处理。在汽车应用中，可以从物理上独立运行两个操作系统，M4上运行实时操作系统Autosar，A53上运行linux或者安卓系统。从系统架构上完全可以将车身控制和ADAS应用完全隔离开，保证整车系统的安全性。比如连接互联网所面临的黑客威胁，对操作系统或者应用程序存在的风险完全从物理上被隔离开来。即使linux或者安卓系统遭到入侵崩溃或者被劫持，也不会对车身控制的安全性有丝毫影响。换句话说，从技术角度上来讲，车联网本身的安全性在此可以得到完全的保障，从而可以打消大家对互联网介入有可能会影响到安全驾驶产生的疑虑。

在图形图像处理方面，S32V234拥有多种图形图像处理和加速单元。芯片包含了两个二维的动画和混合引擎（2D-ACE）。可以生成和处理二维的图形图像，并且可以做多层图像的混合，在处理类似flash动画组件的场景时有其天生的优势，可以用最少的资源来做出非常酷炫的效果。由于自身也包含专属的DMA，可以自主的从存储器中存取数据，极大加速了图形图像的生成和显示速度，最高支持输出到2032x2047的显示屏输出。芯片集成有vivante 的GC3000图形处理单元（GPU），是一个高性能的3D图形加速处理单元。可达到1.2GPixels/sec的像素速率和200M Triangles/sec的几何速率。其GPU着色器可提供高达39GFLOP/sec的性能。在车载一体机的应用中，除了图形图像显示，还可以增加很多3D图形的应用。芯片集成了可编程的图像信号处理(ISP)模组，其包含了8个IPUS(Image processing Unit-Scalar)和4个IPUV(Image processing Unit-vector)，专属的加速引擎和DMA通道。在ADAS中的主要应用是从摄像头采集原始数据，并且做预处理，然后这些数据可以再做进一步的图像分析，或者浏览，视频编解码等。芯片集成了CogniVue的APEX2引擎，是APEX的升级版。其包含了两个阵列处理单元，每个单元由64个16位的SIMD计算单元或者配置成32个16位的MIMD计算单元。针对影像处理优化的计算单元，同时集成有模块专属的DMA模块，使得数据搬运速度大幅提升而无需主CPU介入。在后视摄像倒车影像处理中，障碍物检测是其应用的一个亮点，无需倒车雷达介入，直接通过图像识别来判断障碍物的远近。在其他的应用诸如行人检测，车道偏离，盲点检测，交通等识别等诸多应用中，都可以通过APEX的出色的图像处理性能进行应用开发。

第二部分是77G雷达处理系统，如下图3所示：

其主要ADAS应用在以下几个场景，高级紧急制动、前向碰撞预警（图三）、车道偏离预警、辅助刹车和盲点监测。


图三：77G雷达波前向碰撞检测预警

77G雷达部分包含了模拟前端和数字处理两个部分，如下图4所示。图的上半部分是过去的方案，模拟前端部分由收发器，放大滤波和VCO组成，而处理部分由单片机加ADC，FPGA和DAC组成。现在的方案将模拟前端集成后变成了3个芯片，收发器和VCO，处理部分全部集成在了一颗芯片内部，及MPC5775K，实现了集成度的大幅提升。雷达套片用于调频连续波的生成和接收，其通过数字波束成形，和电子扫描阵列来对前方物体的距离进行侦测。其中用到了多普勒频偏效应，由此产生了非常大的计算量，因此需要处理端有一个非常强大的处理器来进行相应的处理。MPC5775K是恩智浦最新一代55nm符合ISO26262功能安全标准的处理器，安全级别ASIL-D。其包含了两个e200z4和两个e200z7核 Power架构的核心，拥有专属16K的Icache和Dcache。同时内置了一个非常特殊的功能单元SPT(信号处理工具箱)，其中包含域傅里叶变换和多普勒傅里叶变换加速引擎，专门用来处理复杂的数学计算，极大减轻了CPU的处理负荷。其中也包含了以太网模块，可以将侦测到的路况信息通过以太网传输给中央处理器。


图四：恩智浦77G雷达检测系统框图

目前针对ADAS已经有了很多比较接地气的应用，例如远程救援，车队管理，智能导航，预约维护保养，移动办公，车企服务，客服中心呼叫，汽车防盗，语音控制系统等。都可以基于上述硬件系统或者添加模块来实现。恩智浦也将在已有硬件基础上提供更多更贴近于产品或市场需求的应用的软件包或者底层驱动，并且在软件和硬件上加入更多的功能安全要素。这样开发人员更专注于应用层的开发，进一步提高产品的可靠性和用户体验。