Cadence 公司 IP 事業(yè)部產品營銷總監(jiān) Ted Chua 分享了，如何將可擴展 DSP 用于自動駕駛汽車雷達和激光雷達設計的想法

隨著汽車行業(yè)沿著自動駕駛的 6 個等級逐步推進，每個等級都對車載處理能力提出了更高要求。目前階段，IoT 設備的智能屬性正在網絡邊緣端被實現(xiàn)；汽車行業(yè)也正在經歷同樣的變化。

ADAS 和自動駕駛傳感器對精度需求更高，需要以更低的延遲更快處理依舊在不斷增加的數(shù)據。實現(xiàn)這一目標的唯一方法就是在未來 Zonal 電子電器汽車架構下，為傳感器附加更高的處理能力。

汽車的自動化水平與對周圍環(huán)境的感知和理解能力密不可分，能做到這一點的就是傳感器。

對汽車而言，最關鍵的三大傳感器模態(tài)分別是雷達、激光雷達以及視覺。每種傳感器各有所長，三種模態(tài)都不可或缺。將多種不同傳感器技術結合在一起的傳感器融合系統(tǒng)可以為功能安全性提供足夠的冗余并提高傳感精度。實現(xiàn)系統(tǒng)元件間互操作性的第四個要素是互聯(lián)。上述四個要素共同構成了自動駕駛汽車的基礎。

滿足 ASIL 認證 IP 的需求

自動駕駛汽車搭載的多種傳感器皆可歸為三種主要類型之一。

雷達的占比最高，由20 多個分布在車身各處的獨立傳感器組成。

作為最適合提供高精度測距數(shù)據的技術，激光雷達傳感器在自動駕駛領域發(fā)揮著關鍵作用。

至少就汽車應用而言，作為最成熟技術的圖像傳感器也在自動駕駛領域大放異彩。

三類傳感器各司其職，分別負責地形監(jiān)測、其他道路使用者監(jiān)測、行人監(jiān)測、天氣狀況監(jiān)測，以及絕對速度和相對速度等參數(shù)監(jiān)測。傳感器也被用于汽車內部監(jiān)測，識別并觀察乘客情況。

直面 DSP 的數(shù)據處理挑戰(zhàn)

其中一個挑戰(zhàn)是傳感器產生的海量原始數(shù)據。依賴車載網絡進行如此大規(guī)模的數(shù)據傳輸是不現(xiàn)實的，作為中繼上傳到云端進行處理也不切實際，這兩種方案對延遲和帶寬的需求會讓自動駕駛的未來無以為繼。所以，原始數(shù)據的本地處理是唯一選擇。

另一個挑戰(zhàn)是如何讓傳感器解決方案適應傳感命令的變化。比如，傳感器的測距范圍和駕駛速度有關。雷達和激光雷達在精度上互補，但同樣取決于天氣、光照水平和景物對比度等其他因素。

挑戰(zhàn)是層出不窮的。從工程設計的角度來講，高性能處理解決方案的需求已經非常明確；但是想要將其商業(yè)化的大前提是通過汽車應用的相關認證，且需要以更優(yōu)的方式滿足更高的處理要求。盡管激光雷達的成本已經遠超雷達或圖像傳感器，但汽車行業(yè)認可了它的不可替代性，因為只有激光雷達才具備滿足特定傳感需求的獨特能力。

我們亟需一個可擴展的、適用于所有傳感器類型且針對不同應用做了專門優(yōu)化的處理平臺。自動緊急制動的運作模式與自適應巡航控制顯著不同，但兩者都會用到激光雷達和雷達傳感器。同樣的，盲區(qū)檢測會在白天時使用圖像傳感器，但在夜間或天氣狀況較差時則需要雷達輔助。

如此多不同用例的每一種都是實現(xiàn)全自動駕駛的必要條件，且都各自需要為之量身優(yōu)化的解決方案?？紤]到所需的數(shù)十個傳感器，OEM 需要更高效的商品化方式。

答案已經呼之欲出了，我們需要一個標準化且可擴展的處理平臺，也就是采用了分區(qū)控制器的分區(qū)架構。而且，為了支持高速信號處理，并滿足不同應用場景所需的安全等級，這些分區(qū)控制器必須是可配置的。

功能性安全

Cadence Tensilica ConnX B10 與 B20 DSP針對包括雷達和激光雷達在內的新一代傳感應用做了優(yōu)化，且支持高性能 V2X 車用無線通信技術。作為半導體行業(yè)首款專門面向雷達、激光雷達和 V2X 開發(fā)的，可授權的 DSP 產品，它們已經通過了 ASIL B 級隨機硬件故障及 ASIL D 系統(tǒng)故障的合規(guī)認證。滿足 ISO 26262:2018 規(guī)定的功能性安全等級是 OEM 和一級供應商開發(fā) ADAS 解決方案和自動駕駛應用 SoC 的必要條件。

ConnX B10 與 B20 DSP 的指令集架構（ISA）支持面向雷達、激光雷達和 V2X 專門設計的加速器。這一特性可以幫助工程師為特定的應用優(yōu)化 SoC 設計，同時也能從通用架構對代碼遷移、復用性及可移植性的支持中獲益。

ConnX DSP（見上圖）采用了基于 VLIW（超長指令字）架構的 SIMD（單指令多數(shù)據流）矢量處理，支持加載/存儲，MAC 和 ALU 的并行運行。ISA 也面向線性代數(shù)和復雜數(shù)據，以及向量壓縮和擴展做了優(yōu)化。ISA 可以在卡爾曼濾波、MUSIC 及 DML 等傳感器處理的不同階段實現(xiàn)性能增強。

作為 ConnX 系列時鐘速度最快的產品，ConnX B10 和 B20 DSP 支持可選的 32 位矢量定點 MAC，可被用于加速 FIR、FFT、卷積運算和相關運算等雷達/激光雷達/V2X 相關的處理功能。雙精度、單精度以及半精度矢量浮點操作也可以通過硬件進行加速。

ConnX B10 和 B20 DSP 已經做了優(yōu)化，可以提供先進的 MIMO 系統(tǒng)所需的性能，支持矢量濾波、FFT 以及線性代數(shù)處理。我們也考慮到了這些系統(tǒng)對低階處理的需求，并為此采用了支持不同水平按位操作的指令集。

指令集中涵蓋了針對 16 位數(shù)據優(yōu)化的指令，用于執(zhí)行復雜算術、多項式求值、矩陣乘法和平方根/倒數(shù)計算加速。此外，ISA 也支持 16 位與 32 位峰值搜索加速。

隨著高精度 4D 圖像雷達對天線數(shù)量需求的增加，以及物理層（PHYs）逐漸過渡到更先進的 5G 等標準，對處理性能的需求也在急劇上升。ConnX 系列 DSP高度并行的可擴展架構可以滿足這一需求。ConnX B10 和 B20 DSP 也提供多核解決方案，將處理容量擴展至超過單一核心。

盡管 DSP 主要負責復雜算法的并行處理，ConnX 系列產品也并未忽視硬件控制的需求。ConnX DSP 在 PHY 應用層控制等領域運行控制代碼的能力非常突出。需要與硬件模塊連接時，ConnX DSP 可以通過專屬的定制化接口與外部硬件連接，實現(xiàn)近乎無限的數(shù)據帶寬。

為了進一步優(yōu)化 DSP IP，ConnX 系列產品可以用 TIE（Tensilica Instruction Extension 指令擴展）語言進行定制。與 Verilog 類似，這一語言可以被用于設計多周期流水線執(zhí)行單元、寄存器文件和 SIMD ALUs 等其它擴展核心架構的方式。每個擴展都有專屬指令，且屬于整個 ISA 的一部分，方便軟件開發(fā)者實現(xiàn)硬件擴展。

結論

DSP 架構需要高效使用存儲器才能實現(xiàn)高性能設計，同時將能耗和成本最小化。

ConnX B10 與 B20 是為雷達、激光雷達及 5G 通信專門設計的 DSP，性能對比其他軟件兼容的 ConnX 家族產品提高了 10 倍。32 位定點 MAC，雙精度、單精度和半精度浮點，更高的可并行性，以及更快的時鐘速度等特性共同匯聚在可擴展的架構中。這一架構是為了應對雷達/激光雷達傳感器，V2X 應用計算鏈條，以及滿足汽車 OEM 實現(xiàn) Lvel 2 和更高級別自動駕駛而量身設計的。

面向雷達、激光雷達和 V2X 優(yōu)化的可擴展 DSP IP 已獲得 ASIL B 隨機故障和ASIL D 系統(tǒng)故障合規(guī)認證，助力實現(xiàn)未來更高水平的自動化駕駛。

Ted Chua 是 Cadence 公司 IP 事業(yè)部 Tensilica 雷達、激光雷達及通信 DSP 的產品管理和營銷總監(jiān)

原文標題：面向自動駕駛的可擴展 DSP

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責任編輯:haq