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Sensor-Fusion für Embedded-Vision-Applikationen

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Einsatz eines All Programmable SoC oder FPGA

Bild 3: Die Architektur des Radar-Verfahrens gliedert sich in Signalerzeugung und Signalempfang.
Bild 3: Die Architektur des Radar-Verfahrens gliedert sich in Signalerzeugung und Signalempfang.
(Bild: Xilinx)

In Embedded Vision Systemen ist es üblich, All Programmable FPGAs oder All Programmable SoCs zum Implementieren der Bildbearbeitungs-Pipeline zu verwenden. Wenn diese Bausteine in traditionellen Embedded Vision Applikationen sinnvoll sind, dann können sie sich in Embedded Vision Applikationen mit Sensor-Fusion besonders gut bewähren.

Unabhängig von der Wahl zwischen FPGA und SoC nutzt eine Embedded-Vision-Applikation ohnehin einen Prozessor zur Überwachung, Steuerung und Kommunikation. Wenn man sich für ein All Programmable SoC entscheidet, sollte es daher ein Hardcore-Typ mit der Unterstützung vieler Peripheriesysteme und Schnittstellen-Standards sein. Wählt man andererseits ein All Programmable FPGA, empfiehlt sich ein Softcore-Typ wie beispielsweise MicroBlaze, mit mehr kundenspezifischer Peripherie und Schnitt- stellenunterstützung.

Bei näherer Betrachtung einer vorliegenden Embedded Vision Applikation mit Sensor-Fusion zeigt sich, dass man den Prozessor dazu verwenden kann, eine einfache Schnittstelle für viele der dabei eingesetzten Sensoren bereit zu stellen. So sind Accelerometer, Magnometer, Gyroskope und sogar GPS-Sensoren verfügbar, die SPI-Schnittstellen (Serial Peripheral Interface) und i2C-Interfaces (Inter Integrated Circuit) bieten. Sie werden von den Softcore-Prozessoren in den All Programmable Zynq-7000- und den MicroBlaze-Bausteinen unterstützt. Das ermöglicht die schnelle und einfache Übernahme der erforderlichen Information per Software von einer breiten Vielzahl von unterschiedlichen Sensortypen unter Einsatz einer skalierbaren Architektur.

Die erforderliche Bildbearbeitungs-Pipeline zur Extraktion der Daten aus dem Bildsensor lässt sich recht einfach innerhalb der programmierbaren Logik implementieren. Doch die programmierbare Logik kann auch zur Implementierung der Bearbeitungs-Pipeline für andere heterogene Sensortypen wie Radar and Lidar herangezogen werden, oder auch für mehrfache Instanzen des Sensoreinsatzes im Falle eines homogenen Systems.

Die enge Kopplung zwischen dem Speicher des Prozessors und der programmierbaren Logik erlaubt beim Einsatz des All Programmable Zynq-7000 oder des All Programmable UltraScale+ MPSoC der Applikations-Software den einfachen Zugriff auf die resultierenden Datensätze zur weiteren Bearbeitung und Entscheidungsfindung. Da die getrennten Sensorketten in der Logik implementiert sind, arbeiten sie parallel. Das ist von entscheidendem Vorteil, wenn eine Synchronisierung erforderlich ist, etwa in stereoskopischen Vision-Systemen.

Um die Entwicklung und Auslieferung einer in programmierbarer Logik implementierten Fusion-Applikation zu beschleunigen, kann man High-Level Synthese (HLS) Tools einsetzen, um die Algorithmen direkt zur Implementierung in der programmierbaren Logik zu entwickeln.

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